CS260193B1 - Zariadenžs na ultrazvukové číslicové meranie směru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v priestore - Google Patents

Description

Vynález s.a týká zariadenia na ultrazvuková Číslicové meranie směru a rýchlosti priestc-rového prúdenia plynného alebo kvapalného média s využitím ultrazvukovéj sférické) 'impulzne) vlny.

Známe sú ínerače, využívajúce pohybová energiu prúdíaceho média na otáč-anie proip3lera šálkóvého alebo listového tvaru a jeho natočenie do směru prúdenia pomocou směrového kríditúka. Ich nevýhodou je žvačšovanie chyby merauia pri mechanickom opotřebení pohyblivých súč-a-stí. Niektoré konštrukcie používajú sondu s vyhríevaným odporovým drOtom alebo vrstvou, ochladzovanou prúdíacim médiom. Umcžňujú merať rýchlosť prúdenia média, ale nie jeho směr.

Novsie riešenia, využívajúce unáša-nie Ultrazvukové] vlny prúdiacim médiom, umožňuj ú meraf i priestorové prúdenie. Využívajú úzko smerovanú rc-vinnú ultrazvukovú vlnu samostatné vo všetkých troch pravoúhlých súradnicových osiach. V prvých konštrukciách tohto typu sa meria rýchlosť šírenia ultrazvukovej vlny v každej súradnici dvoma pármi meničov, pričom každý pár pozostáva z jedného vysiel-acleho a jedného prijímacieho meniča. Meranie v priestore teda vyžaduje celko-ve dvanásť elektro-akustických meničov s příslušnými elek2 ironickými obvodmi, preto- sú zariadenia zložité.

V posledných konštrukciách sú použité recipročně meniče, ktoré menia elektrický signál na -akustické vlnenie -á tiež i akustické vlnenie na elektrický signál. Tým sa ich celkový po-čet v zariadení zníži na šest.

Nevýhodou uvedených i podobných spdsobov, napr. s odrazenými vlnami je nelineárna a progresivně narast-ajúca závislost chyby merania od rýchlosti a směru prúdenia média. Pri vačších rýchlc-stiach prúdenia s-a- významnejšie upl-atňujú i přídavné chyby, sposobené znosom směrovaného ultrazvukového zvázku mimo a-ktívnej plochy prijímacieho meniča.

Uvedené nevýhody odstraňuje a technický problém rieši číslicový ultrazvukový mera-č směru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kv-apalného média v priestore podfa vynálezu. pozostávajúceho zo sondy tvorenej piatimi elektro-akustickými meničmi gufového tvaru a z elektronického obvodu tvořeného zosilňova-čmi, časovačmi, počít-adl-ami, generátorem impulzov- mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracov-a-nia, budiacim obvodom a přepínačem s ovládačo-m, ktorého podstatou je, že prvý, druhý a třetí elektroakustický přijímací

měnič sú umiestnená svojimi stredmi na osiach x, y, z pravouhlej súradnicovej sústavy, v počiatku ktorej je svojím stredom umiestnený štvrtý elektroakustický měnič.

Vnútri priestoru myšleného rovnobežnostena, ktorého štyri vrcholy sú tvořené stredmi meničov, umiestnených na osiach x, y, z a v počiatku, je umiestnený piaty elektroakustický měnič, ktorý je spolu so štvrtým měničem recipročný. Prvý, druhý a třetí měnič sú svorkami spojené so vstupmi zosilňovačov, štvrtý a piaty měnič sú připojené cez dvojpólový přepínač rladený ovládačom na vstup štvrtého zosilňovača a na výstup budiaceho obvodu.

Výstupy zosilňovačov sú připojené na nulovacie vstupy časovačov, ktorých nastavovacie vstupy sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu. Druhý budiaci výstup riadiaceho obvodu je spojený so vstupom budiaceho obvodu a prvý nulovaní výstup riadiaceho obvodu je spojený s pomocnými nulovacími vstupmi časovačov. Ich výstupy sú připojené ku hradlovacím vstupom počítadiel, ktorých počítacie vstupy sú spojené s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie.

Pomocné nulovacie vstupy počítadiel sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu, ktorého synchronizačný výstup je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania. Jej údajové vstupy sú spojené s údajovými výstupmi počítadiel a jej údajové výstupy sú spojené so svorkou informácie o rýchlosti prúdenia a so svorkou informácie o smere prúdenia. Štartovacia svorka je spojená so Startovacím vstupom riadiaceho obvodu.

Výhodou zariadenia pod(a vynálezu je schopnost bezkontaktného merania prúdenia v priestore bez použitia mechanicky pohyblivých súčasti, čím je vylúčená možnost mechanického opotrebenia. V porovnaní s dosial' používanými ultrazvukovými meračmi pozostáva z menšieho počtu elektroakus tických meničov a meranie vyžaduje menší počet meracích taktov, čím sa meranie urýchli. Přitom iba dva meniče sú recipročně, kým zvyšné tri sú prijímacie. Zariadením možno merať prúdenie v priestore. Generováním sférickej ultrazvukové] vlny je vylúčená možnost znosu mimo aktívnej plochy přijímacích meničov.

Na priloženom výkrese na obr. 1 je znázorněné geometrické rozloženie meničov a na obr. 2 je uvedená bloková schéma zapojení# elektronických obvodov merača.

Ako je znázorněné na obr. 1, prvý elektroakustický měnič 1 je umiestnený svójím stredom na x-ovej súradnej osi 6, druhý elektroakustický měnič 2 na y-ovej súradnej osi 7 a třetí elektroakustický měnič 3 na z-ovej súradnej osi 8. Najvhcdnejší tvar meničov je gufový, můžu však byť aj tvaru gufového vrchlíka, připadne i kvázibodové, t. j. s rovinnou aktívnou plochou technicky zanedbatelných rozmerov voči vzájomným vzdialenostiam meničov.

Prvý recipročný měnič 4 je umiestnený v počiatku súradnicovej sústavy a druhý recipročný měnič 5 v priestore myšleného rovnoběžnostěne, v ktorého vrcholoch sú meniče 1, 2, 4, 3. Meniče můžu pracovat na principe elektrostatickom, píezoelektrickom alebo magnetostrikčnom. Svorkami 30, 31, 32, 33, 34 je meracia sonda připojená k elektronickému obvodu merača.

Meniče 1, 2, 3 sú připojené ku zodpovedajúcim vstupom prvého zosilňovača 9, druhého zosilňovača 10 a tretieho zosilňovača 11. Recipročně meniče 4, 5 sú cez dvojpólový přepínač 14 připojené na štvrtý zosilňovač 12 a na budiaci obvod 13. Přepínáme může byť bezkontaktně. Přepínač 14 je ovládaný ovládačom 16, ktorý je budený z výstupu riadiaceho obvodu 21 so startovacím vstupom 15. Prvý časovač 17, druhý časovač 18, třetí časovač 19 a štvrtý časovač 20 sú bistabilné preklápacie obvody, spojené s riadiacim obvodom 21 a so zodpovedajúcimi výstupmi zosilňovačov 9, 10, 11.

Na hradlovacie vstupy prvého počítadla 22, druhého počítadla 23, tretieho počítadla 24 a štvrtého počítadla 25 sú připojené zodpovedajúce výstupy časovačov 17, 13, 19, 20. Na počítacie vstupy počítadiel 22, 23, 24, 25 je přivedený výstup z generátora impulzov mernej frekvencie 26 a na ich nulovacie vstupy je připojený výstup riadiaceho obvodu 21. Na údajové vstupy jednotky spracovania 27 sú připojené údajové výstupy počítadiel 22, 23, 24 a 25. Na výstupných svorkách 28 a 29 jednotky spracovania 27 sú informácie o smere a rýchlosti prúdenia.

Činnost zariadenia je nasledovná:

Přivedením štartovacieho impulzu na štartovací vstup 15 sa spustí prvý takt merania. Riadiacl obvod 21 spustí budiaci obvod 13, ten vybudí druhý recipročný měnič 5, ktorý vyšle sférickú impulznú ultrazvukovú vlnu. Súčasne riadiaci obvod 21 vybudí nastavovacie vstupy časovačov 17, 13, 19, 20, na výstupoch ktorých sa objavia časové šírkovo modulované měrné impulzy. Počas ich trvania prechádzajú impulzy z generátora impulzov mernej frekvencie 26 na počítacie vstupy počítadiel 22, 23, 24, 25. Pri dopade čela ultrazvukovej sférickej impulznej vlny na aktivně povrchy meničov 1, 2, 3, 4 tieto vybudia zosilňovače 9, 10, 11, 12. Na ich výstupoch sa objavia impulzné signály, ktoré prekiopia časovače 17, 13, 19, 20 do východiskovej polohy. Tým sa ukončí počítanie impulzov mernej frekvencie v počítadlách 22, 23, 24, 25.

Po ukončení merania v prvom takte riadiaci obvod vyšle riadiace signály na přenos čísel z počítadiel 22, 23, 24, 25 do památi jednotky spracovania 27, potem signály na vynulovanie počítadiel 22, 23, 24, 25

I a tiež na vynulovanie Ďasovačov 17, 18, 19, 20 pre případ, že by z nějakých důvodov nedošlo pc· ukončení merania· k vynulovaniu niektnrého. Riadiaci obvod 21 přepne cez ovládač 16 přepínač 14 do druhej polohy, v ktorej si recipročně meniče 4, 5 vymenia funkcie.

Riadiaci obvod 21 spustí automaticky druhý takt merania, ktorý prebieha rovnako ako prvý s tým rozdielom, že obsahy počítá dlel 22, 23, 24, 25 sa přepíšu do iných pamaťových miest jednotky spracovania 27. Pc· ukončení druhého taktu prebehne vyhodnotenie údajov. Jednotka spracovania 27 podía zadaného algoritmu vypočítá směr a rýchlosť prúdenia média. Spracováva pri tom čísla získané v počítadlách 22, 23, 24, 25 počas oboch taktov merania. Čísla reprezentují! doby šírenia ultrazvuku v prúdiacom prostředí.

Využitím všetkých nameraných čísel jednotka spracovania 27 vypočítá rýchlosť prúdenia, která sa objaví na svorke 28 a směr prúdenia, dostupný na svorke 29.

Popísané rozloženie meničov a příslušný elektronický obvod umožňuje velmi jednoduchým spůsobom zmeniť popísaný merač prúdenia média na merač súradníc polohy druhého recipročného meniča 5, ak sa tento upraví na pohyblivý a spojí sa s objektom, polohu ktorého třeba merať. Přitom algoritmus výpočtu súradníc umožňuje úplné korigovat’ vplyv zmien parametrov média skalárneho charakteru, napr. teploty. Pri využití oboch taktov merania je možné zaviesť i korekciu vplyvu prúdenia média ako vektora, parametre ktorého sa vypočítají! z údajov prvého a druhého taktu merania. Docieli sa tým vyššia presnesť merania.

Zariadenie podía vynálezu je možné využiť v meteorologii, hydrologii, vojenskej technike, robotike a inde.

Claims (1)

1. PREDMET

   Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie směru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v priestore, pozostávajúce zo sondy tvorenej piatimi elektroakustickými meničmi guíového tvaru a z elektronického obvodu tvořeného zosilňovačmi, časovačmi, počítadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, riadiaciin obvodom, jednotkou spracovania, budiacim obvodom a prepínačom s ovládačom, vyznačujúce sa tým, že prvý, druhý a třetí elektroakustický přijímací měnič (1, 2, 3) sú umiestnené svojimi stredmi na osiach (6, 7, 8) pravouhlej súradnicovej sústavy, v počiatku ktorej je svojím stredom umiestnený štvrtý elektroakustický měnič (4) a vnútri priestoru myšleného rovnobežnostena, ktorého štyri vrcholy sú tvořené stredmi meničov (1, 2, 3, 4), je umiestnený piaty elektroakustický měnič (5), ktorý je spolu so štvrtým meničom (4) recipročný, pričom prvý, druhý a třetí měnič (1, 2, 3) sú svorkami (30, 31, 32) spojené so vstupmi zosilňovačov (9, 10, 11), štvrtý a piaty měnič (4, 5) sú svorkami (33, 34) připojené cez dvojpólový přepínač (14), riadený cvládačom (16), na' vstup zosilňovača (12) a na výstup budiaceho obvodu (13), výstupy zo-