Электронно-акустическое устройство измерения длины труб и уровня жидкости
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах, а также для измерения длины труб с пустой полостью и открытыми торцами, в том числе при условии доступа с одного конца. Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 5 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» дополнительный приемник акустического сигнала 4. В схему вводятся анализатор спектра 7, вход которого подключен к приемнику 5, выход - к устройству обработки; и устройство фильтрации 6, входы которого подключаются к приемниками 4, 5, а выходы подключаются к устройству вычисления скорости звука в среде 8 и электронному устройству обработки 9, выход которого подключен к индикатору 10. Управляется прибор с помощью клавиатуры 11, которая подключена к устройству обработки 9. Устройство обработки 9 подключено к блоку 8, а также формирует управляющие команды генератору 1 и устройству фильтрации 6. Устройства 1, 2, 4-9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 12. Волновод установлен в баке или водоеме 13. Эксплуатация измерителя уровня жидкости и длины труб производится на промышленных объектах с высоким уровнем акустических помех. Установка устройства фильтрации 6 позволяет сузить спектр, принимаемый приемниками 4, 5, тем самым улучшив отношение сигнал/шум. Установка анализатора спектра 7 позволяет выбрать рабочую частоту прибора, где количество помех минимально.
2 илл.
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб и для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах.
Известны электронно-акустические устройства для измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного акустических импульсов в направлении контролируемого расстояния [Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде, М., Энергия, 1973 г.; патент RU №2052768б G 01 В 17/00, 1996; полезная модель RU №7492, G 01 B 17/00, 1998; полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Известны также уровнемеры, принцип которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости [патенты SU №1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU №1813203, G 01 F 23/28, б.и. №16,1993]
Прототипом заявляемой полезной модели является электронно-акустическое устройство [полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Недостатком указанного устройства является низкая помехозащищенность, вследствие чего возникают сбои при измерениях и происходит снижение точности, особенно при работе на производстве, где постоянно присутствует широкий спектр акустических помех.
Поставлена задача повышения точности измерения длины труб и уровня жидкости путем улучшения помехозащищенности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов; два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние; устройство вычисления скорости звука; устройство обработки, подключенное к клавиатуре, индикатору, генератору импульсов, устройству вычисления скорости звука; согласно полезной модели в устройство дополнительно введены анализатор спектра, выход которого подключен к устройству обработки, а вход подключен к приемнику и устройство фильтрации, входы которого подключены к приемникам и устройству обработки, а выходы подключены к устройству вычисления скорости звука в среде и устройству обработки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства.
Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 5 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» дополнительный приемник акустического сигнала 4. В схему вводятся анализатор спектра 7, вход которого подключен к приемнику 5, выход - к устройству обработки; и устройство фильтрации 6, входы которого подключаются к приемниками 4, 5, а выходы подключаются
к устройству вычисления скорости звука в среде 8 и электронному устройству обработки 9, выход которого подключен к индикатору 10. Управляется прибор с помощью клавиатуры 11, которая подключена к устройству обработки 9. Устройство обработки 9 подключено к блоку 8, а также формирует управляющие команды генератору 1 и устройству фильтрации 6. Устройства 1, 2, 4-9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 12. Волновод установлен в баке или водоеме 13.
Измерения устройством могут производиться в складских помещениях, на буровых установках, работа в которых связана с высоким уровнем акустических помех. При измерении уровня акустические шумы могут распространяться как по воздуху, так и по измеряемой жидкой среде, например от перемешивателя, вызывая при измерении ложные срабатывания компаратора раньше времени, тем самым сильно искажая результат.
В предлагаемом устройстве процесс измерения выглядит следующим образом. Перед излучением зондирующего сигнала анализатор спектра 7 принимает шумы с акустического приемника 5, после чего устройство обработки 9 выбирает полосу спектра в рабочем диапазоне прибора, в котором мощность шумов минимальна. Далее генератор 1 по команде устройства обработки 9 на выбранной частоте формирует короткий зондирующий импульс, который преобразуется в акустический сигнал излучателем 2. Отразившись от границы сред 14, волна возвращается и принимается приемником 5. Устройство фильтрации 6 представляет собой полосовой фильтр, который также настраивается устройством обработки 9 на выбранную частоту с минимальным уровнем помех. Принятый сигнал обрабатывается устройством фильтрации 6, после чего блок 8 определяет скорость звука по времени прохождения известного расстояния d. Отфильтрованный сигнал также поступает в устройство обработки, где по времени распространения определяется расстояние от измерителя 12 до границы сред 14.
На рисунке 2 изображен спектр сигнала, принимаемый микрофоном до излучения зондирующего импульса в трубе длиной 3 м и диаметром 110 мм при сильных промышленных акустических помехах в цехе для сортировки труб. Спектр акустических помех является неоднородным, к тому же труба имеет свою резонансную частоту, что приводит к появлению множества локальных максимумов и минимумов. Анализатор спектра 7 находит в рабочем диапазоне прибора 
F оптимальную с точки зрения шума частоту F 0 и устройство производит измерение на данной частоте. Полоса пропускания фильтра 6 обозначена Fпр . В результате фильтрации уровень помех можно снизить в несколько раз.
Следует отметить, что существуют сигнальные микропроцессоры, которые могут одновременно выполнять функции блоков 1, 6, 7, 8, 9
Устройство позволяет повысить точность измерения уровня жидкости в условиях сильных промышленных шумов. Применение устройства эффективно при измерении уровня вязких и агрессивных сред.
Электронно-акустическое устройство измерения длины труб и уровня жидкости, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние, устройство вычисления скорости звука, устройство обработки, подключенное к клавиатуре, индикатору, генератору импульсов, устройству вычисления скорости звука, в устройство дополнительно введены анализатор спектра, выход которого подключен к устройству обработки, а вход подключен к приемнику, и устройство фильтрации, входы которого подключены к приемникам и устройству обработки, а выходы подключены к устройству вычисления скорости звука в среде и устройству обработки.
