SU994995A1 - Акустический измеритель скорости течени - Google Patents

Description

(54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОГОСТИ

,.

Изобретение относитс  к технике измерени  скорости текучих сред и быть использовано дл  измерени  скорости течени  в океане, в том числе, дл  пр мых измерений вертикальной скорости при проведении океанографических исследований.

Известен ультразвуковой датчик скорости течени , который содержит два передатчика, два приемника, генератор ультразвуковых сигналов, два усилител , два детектора и измеритель интерваловвремени {1.

Недостатком устройства  вл етс  небольша  ТОЧНОСТЬ измерени  скорости течени .

Известен также акустический измеритель скорости течени , который содержит первый акустический преобразователь, выход которого соединен через первый приемник с первьпи входом второй схемы И, а через первый передатчик - с выходом первой схемы ИЛИ, с входом первого счетчика и с С-входОм первого О-триггера, выход которого подключен к второму входу третьей схемы И, первь1м вход которой соединен с вторым входом четвертой ТЕЧЕНИЯ

.схемы И,с выходом генератора опорной частоты , а выход - с входом второго счепика, второй акустический преобразователь, выход кото{юго подключен через второй приемник к второму входу первой схемы И, а через второй передатчик - с выходом второй схемы ИЛИ и с Сг-входом второго D-триггера, выход которого соединен с первым входом четвертой схемы И, выход которой подключен к

JQ входу Tpetbero счетчика , при этом выход первой схемы И соединен с вторым входом . первой схемы ИЛИ, первый вход которюй подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с вторым взводом второй .

f схемы ИЛИ, первый вход которой подключен к выходу второй схемы И 2. .;

Claims (2)

1. В схеме измерител  осуществл етс  строго определенное число циклов встречного иэлучени  акуспсческих сигналов, причем в первом цикле излучение акустического сигнала вторым преобразователем отосительно первого преобразовател  производатс  с задержкой 1, равной половине времени прохождени  акустичес399 КИМ сигналом измерительной базы длиной L, т. е. TO L/ 2 С, где С - скорость звука. При последующих циклах разница по времени между моментами излучени  сигналов первы и вторым акустическими преобразовател ми убудет уменьшатьс  на величину где V скорость течени  ,С - скорость звук Во избежание одновременного срабатывани  приемника и передатчика, соединенных с одним из акустических преобразователей, число цикло п встречного излучени  ограничено следующим соотношением (при С V mc( Это предельное число циклов определ ет дл  заданногодиапазона измер емых скоростей течени  чувствительность измерител  или цену единицы его наименьшего разр да. Недостатком известного акустического измерител   вл етс  то , что его чувствительность  вл етс  фиксированной заранее и не зависит От фактической измер емой скорости течени . Это приводит к тому, что при малых скорост х течени  данные измерений ока зываютс  загрубленными. , Целью изобретени   вл етс  повь1шение чувствительности при измерении малых скоростей течени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в акустический измеритель введены трехвходова схема ИЛИ, RS-триггер и два временных селектора , входы которых соединены с выходами RS-триггера, а выходы - соответственно с вторым и третьим входами третьей схемы ИЛ первый вход которой подключен к выходу первого счетчика, а выход к О-входу первого . D-триггера, выход которого соединен с первым входом первой схемы И и с D-BXOдом второго О-триггера, выход которого под ключен к второму входу второй схемы И, причем выход первой схемы ИЛИ соединен с S-входом, а выход второй схемы ИЛИ - с R-входом RS-триггера. На фиг. 1 показана схема предлагаемого акустического измерител  скорости течени ; на фиг. 2 временна  диаграмма импульсов .в отдельных точках схеМЫ. Акустический измеритель содержит два ус новленных на измерительной базе акустически преобразовател  1 и 2. С первым преобразов телем 1 соединены вход первого приемника Представл ющего собой усилитель - формирователь сигналов, и выход первого передатчика 4, котррый представл ет собой генератор коротких импульсов , срабатывающий при поступлении на его вход запускающего сигнала. С вторым преобразователем 2 соответственно соединены вход второго приемника 5 и выход второго передатчика 6, аналогичных указанным. Схема измерител  содержит также первую и вторую схемы ИЛИ 7 и 8, первую и. вторую схемы И 9 и 10, элемент 11 задержки, первый и второй D-триггеры 12 и 13, первый счетчик 14, выход которого совместно с выходами первого и второго временных селекторов 15 и 16 подключены к входам третьей схемы ИЛИ 17, а входы временных селекторов 15 и 16 подключены к раздельным выходам RS-триггера 18. Выход первого D-триггера 12 через первый вход третьей схемы И 19 подключен к входу второго счетчика 20, а выход второго D-триггера 13 через первый вход четвертой схемы И 21 соединен с входом третьего счетчика 22, причем вторые входы схемы. И 19 и 21 совместно подключены к генератору 23 опорной частоты. Измеритель имеет запускающий вход а, его три цифровых выхода подключены к первому, второму и третьему счетчикам, 14, 20 и 22 соответственно. Акустический измеритель скорости течени  работает следующим образом. В начальный момент времени на запускаЮ1одй вход а поступает импульсный сигаал, который через схему ИЛИ 7 запускает передатчик 4, формирующий импульс возбуждени  акустического преобразовател  1. Одновременно от импульсного сигнала, запускающего вход а, срабатывает элемент 11 задержки, которьга через интервал времени TQ формирует импульс , запускающий через схему ИЛИ 8 передатчик 6 и формирующий импульс, излучаемый акустическим преобразователем 2. Сформированные акустические сигналы от преобразователей 1 и 2 распростран ютс  со сдвигом по времени TQ навстречу друг другу, причем один из них движетс  по течению а второй - против течени . Когда акустические сигналы достигают преобразователей 1 и 2, они преобразуютс  в электрические импульсы, усиливаютс , формируютс  приемниками 3, 5 и подаютс  на первые входы второй и первой схем И 10 и 9 соответственно. На вторые входы этих логических схем И поступают сигналы с выходов Р-триггеров 13 и 12 соответственно, причем пол рность этих сигналов такова, что сигналы с выходов приемников 3 и 5 проход т через логические схемы И 10 и 9, логические схемы ИЛИ 8 и 7, поступают на входы передатчиков 6 и 4, формирующих сигналы возбуждени  акустических преобразователей 2 и 1 соответственно. Этот цикл повтор етс . Импульсные сигналы, поступающие на входы передатчиков 4 и 6 (г и в на фиг. 2) подаютс  также на С-входы Первого и второго D-триггеров 12 и 13, счетный вход счетчика 14 и раздельные RS-входы триггеру 18. При этом первый имцульс, совпадающий по времени с импульсом запуска, переводит D-триггер 12 в состо ние, разрешающее прохождение импульсов через схемы И 9 и 19, импульс, совпадающий по времени с выходными импульсом элемента И задержки, переводит D-трштер 13 в состо ние, разрешающее прохождение импульсов через схемы И 10 и 21. Это приводит к тому, что в моменты излучени  акустических импульсов преобразовател ми 1 и 2 начинает поступать частота опорного генератора 23 через логические схемы И 19 и 21 на входы второго и третьего счетчиков 20 и 22, а также обеспечиваетс  возможность многократного повторени  циклов излучени  и приема акустических сигналов за счет разрешени  прохождени  через схемы и 10 и 9 импульсов с выходов приемников 3 и 5 к входам передатчиков 6 и 4 соответственно. Импульсный сигнал с входа передатчика 4 заполн ет первый счетчик 14 до половины его емкости, после чего триггер последнего разр да измен ет свое состо ние, что пpивoди к тому, что на О-входе О-триггера 12 измен етс  пол рность сигнала, что при поступлении импульса на С-вхрд приводит к опрокидьтанию триггера и формированию потенциалов запрета прохождени  частоты опорного генератора 23 на вход счетчика 20 и сигналов с выхода приемника 5 на вход генератора 4. С выхода первого D-триггера 12 сигнал поступает на О-вход второго D-триггера 13 и переводит его в состо ние, при котором первый же импульс .с выхода приемника 6 опрокщц 1вает триггер и тем самым останавливает счет импульсов опорной частоты в третьем счетчике 22 и прохождение импульсов с выхода приемника 3 к передатчику 6. При этом цикл встречного излучени  акустических сигналов прерываетс , а в сче.тчиках 20 и 22 фиксируютс  коды, пропорциональные времени п циклов прохождени  акустических сигналов во встречных направлени х, причем п равно половине емкости первого счетчика 14. Втора  цепь остановки счета и прерывани  излучени  акустических сигналов работает от импульсов виг (фиг. 2), снимаемых с вход передатчиков 4 и 6. Эти импульсы, поступа  на раздельные входы триггера 18, формируют на его выходах последовательности пр моугольных импульсов, ширина которых измен етс  за каждый цикл встречного излучени  из-за того, что при скорости течени  V, скорости звука С и длине измерительной базы L врем  прохождени  акустического сигнала по течению будет меньше времени прохождени  акустического сигнала против течени  на величину ДТ 2 L ) Поэтому, в зависимости от направлени  течени , ра одном из выходов Д или л триггера 18 ширина положительных импульсов будет уменьшатьс  с каждым циклом на указанную величину, а при достижении некоторого заданного минимального значени  сработает один из двух временных селекторов 15 или 16, настроенных на этот минимальный интервал. Через cxeMj: ИЛИ 17 сигнал срабатывани  одного из временных селекторов 15 или 16 поступает на D-вход первого О-триггера 12, что при поступлении первого же импульса иа его С-вход приводит к опрокидыванию триг.гера и в-дальнейшем к остановке счета в счетчиках 20 и 22, а также к прерыванию циклов встречного излучени  акустических сигналов в рассмотренной выше последователь ности аналогично случаю заполнени  половины первого счетчика 14. Полученные двоичные коды на первом, втором и третьем счетчиках 14, 20 и 22 поступают на регистрацию и обработку. Двоичные коды N и N н. сформированные а счетчиках 20 и 22, равны N. 1 1 . де n - код, записанный в счетчике 14; f о - частота генератора опорной частоты 23. При заданном времени Т jv срабатывани  ременных селекторов 15 и 16 код п опреде етс  из следующего соотношени : Т, пДГ Величины скорости течени  и скорости взтса определ ютс  через полученные значени  одов N/I, N2- п следующими выражени ми / М- pJ о /1 4 ,., W,r 2 Щ Использу  соотношени  (5) и (6). определ етс  чувствительность измерителе или цена единицы его наименьшего разр да при уело- . ВИИ . f / м Как видно , цена единицы наименьшего разр да измерител  пропорцинальна измер емой скоросга течени . Это означает, что при измерении больших скоростей происходит автоматическое загрубление чувствительности а .при малых скорост х течени  чувствительность автоматически увеличиваетс  таким образом , что отношение / V сохран етс  посто нным. Применительно к измерению океанических течений это открывает возможность пр мых измерений вертикальных составл ющих скорости в глубинны сло х. Формула изобретени  Акустический измеритель скорости течени  содержащий первый акустический преобразователь , выход которого соединен через первый приемник с первым вхЬдом второй «схемы И, а через первый передатчик с выходом первой схемы ИЛИ, с входом первого счетчика не С-входом первого Г)-трИггера, выход которого подключен к второму входу Чретьей схемы И, первый вход которой соединен с вторым входом четвертой схемы И и с выходом генератора опорной частотьП а выход - с входом второго счетчика, второй акустический преобразователь, выход которого подключей через второй приемник к второму входу первой схемы И, а через второй передатчик к выходу второй схемы ИЛИ и С-входу втор го D-триггера, выход которого соединен с пер вым входом четвертой схемы И, выход которой подключен к входу третьего счетчика, при этом выход первой схемы И соединен с вторым входом первой схемь ИЛИ, первый вход которой подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второй схемы ИЛИ, первый вход которой Подключен к выходу второй схемы И, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  чувствительности при измерении малых скоростей течени , в него введены трехвходова  схема ИЛИ, RS-триггер и два временных селектора, входы которых соединены с выходами RS-триггера, а выходы - соответственно с вторым и третьим входами трехвходовой ИЛИ, первый вход которой подключен к выходу первого счетчика, а выход - к D-входу первого О-триггера, выход которого соединен с первым входом первой рхемы И и с D-входом второго D-триггера, выход которого подключен к второму входу второй схемы И, причем выход первой схемы ИЛИ соеданен с S входом, а выход второй схемы ИЛИ - с R-входом RS-триггера. Источники информа{Ц1и прин тые во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д. И. Датчики контрол  и регулировани . М., Машиностроение, 1965, с. 747. - .
2. 2.Авторское свидетельство СССР N 690392, кл.С 01 Р 5/08, 1977 (прототип).

   3 i/

   IIIIIHIIIIIIII

   ф1/г-г