Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды

 

Изобретение относится к области измерений механических величин и может быть использовано для определения характеристик локальных неоднородностей, например, в потоке жидкостей. Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движения. С помощью двух пар электроакустических преобразователей осуществляют зондирование потока жидкости во встречных направлениях акустическими импульсами, следующими с интервалами, много меньшими времени прохождения ультразвука акустической базы. С помощью измерителя интервалов времени измеряют моменты времени, соответствующие приходу зондирующих импульсов в каждом из каналов. Искомые параметры получают на выходе блока вычисления, работающего по заданному алгоритму. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 N . 29/00

В Е ОИЗНАЯ

РАТИЛНО Т1 НпЧЕСКАЯ

БИБЛИО -А

О ИОАНИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4307996/25-28 (22) 22.09.87 (46) 15.04.89. Бюл. й= 14(71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) А.В.Рагаускас, Г.А.Даубарис и В.В.Дякснис

:(53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 970223, кл. О 01 P 5/00, 1982..

Авторское свидетельство СССР.

N 139604 1, кл. G 01 N 29/00, 1986. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ДВИЖУЩЕЙСЯ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к измерениям механических величин и может быть использовано для определения характеристик локальных неоднородностей, например, в потоке жидкостей.

Изобретение относится к измерениям механических величин и может быть использовано для определения характеристик локальных неоднородностей, наI пример, в потоках жидкостей и газов.

Цель изобретения. — повьппение ин-, формативности путем обеспечения возможности определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения свойств движущейся среды; на фиг. 2— диаграмма, поясняющая работу этого устройства.

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды содержит четыре электроакустических

„„SU„, 1472815 А1

Цель изобретения — повьппение информативности путем обеспечения возможности определения скорости ультразвука в движуцейся локальной неоднородности средьь и скорости ее движения. С помощью двух пар электроакустических преобразователей осуществляют зондирование потока жидкости во встречных направлениях акустическими импульсами, следующими с интервалами, много меньшими времени прохождения ультразвука акустической

Базы. С помощью измерителя интервалов времени измеряют моменты времени, соответствующие приходу зондирующих импульсов в каждом из каналов. ИскоЖ мые параметры получают на выходе блока вычисления, работающего по заданному алгоритму. 2 ил.

2 преобразователя 1-4, генератор 5 зон- Зиад дирующих импульсов, выход которого рф подключен к первому 1 и четвертому 4 электроакустическим преобразователям, подключенные к выходам соответственно второго 2 и третьего 3 электроакустических преобразователей первый 6 и второй 7 усилители, измеритель 8 вре- © менных интервалов, первый вход когорого подключен к выходу генератора 5 зондирующих импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого 6 и второго 7 усилителей, блок 9 вычисления обратных величин, первый 10 и второй 11 сумматоры, блок 12 вычисления искомых параметров, третий 13 и четвертый 14 сумматоры, первую 15 и вторую 16, схемы сравнения, логический элемент

1472815

И 17, счетчик 18 и блок 19 памяти, при этом выход измерителя 8 временных интервалов подключен к входам блока 9 вычисления обратных величин, первого

10 и второго 11 сумматоров и первому входу блока 12 вычисления искомых параметров, выход блока 9 вычисления обратных величин:подключен к входам третьего 13 и четвертого 14 суммато- 10 ров, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока 12 вычисления искомых параметров, выходы первого 10 и вто" рого 11 сумматоров подключены .соот- 15 ветственно к первым входам первого 15 и второго 16 блоков сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока 19 памяти, третий выход которо- 20 го подключен к второму входу блока 12 вычисления искомых параметров, пятый вход последнего подключен к выходу счетчика 18, управляющий вход подключен к выходу логического элемента И 25

17, а управляющий выход - к первому входу счетчика 18 и управляющему входу генератора 5 зондирующих импулв» сов, а второй вход .счетчика 18 подключен к второму выходу генератора 5 30 зондирующих импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В исследуемую среду, скорость движения которой ч и скорость ультразвука в которой с, в моменты вреФ мени

И =(t „,"., t t„3 (1) электроакустические преобразователи 1 и 4 излучают зондирующие импуль- 40 сы по двум противоположным направлениям. Длина волны заполнения ультразвукового импульса установлена .много меньшей по сравнению с базовым

Расстоянием 1, а период зондирова- 45 ния — из условия (=(t;„-t.;)«е„„„, (2) где о „„ - минимальное время задержки зондирующих импульсов в среде при прохождении

50 ими базового расстояния.

Электроакустические преобразовате" ли 1,3 и 2,4 установлены на расстояниях один от другого, много меньших расстояния i1, 55

Прошедшие расстояние 1 в среде зондирующие импульсы принимаются электроакустическими пребразователями 2 и 3 в априорно неизвестные мо(5) л

- Э с. +v, + (d c+ hv+ Kc+Sv) (7),1 л (-) с,-v с, v -(6m+ @v+3 +3v) (8) где) с — порог обнаружения локальной неоднородности скорости

,ультразвука в среде;

6 v — порог обнаружения скорости движения локальной неоднородности в среде; о с — допустимая погрешность измеl рения скорости ультразвука в среде;

1 о v — .. допустимая погрешность измерения скорости движения среды. менты. времени (t .1 и {t. } (абраг. )

Г () — моменты времени приема зондирующих сигналов, излученных в направлении вектора скорости Ч о > ()1 — то же, в противоположном направлении. Па моментам времени ft;I излучения и моментам времени приема

И ) Г (-)), 1 t; 1 зондирующих импульсов измеритель 8 временных интервалов определнет ин цифровые еначеннн (T,), (т,, Ет; Е

Первый сумматор 10 определяет знаФ чение.интервала времени согласно выражению ", =х." -т ". (3)

1 1+1 (р а второй сумматор 11 — значение интервала времени согласно выражению

f,)=т(..,,-т(.. (4)

Схемы 15 и 16 сравнения сравнивают величину, с величиной R, и ве(+) +) (-) 1-) личину (; с величиной tc согласно выражениям

Л (-) (-) (6) где — значение величины

Величины R. и Й записаны в () (-) блоке 19 памяти. Их значения установлены в соответствии с постановкой измерительной задачи, например, по выражениям: л (1 1,1

Л Л с,+v, 1472815 л

Значения с + v, и с, -v, величин с и v устанавливают априорно или с привлечением измерительной информации о параметрах исследуемой среды.

Знак порогов обнаружения устанавливают в зависимости от физической природы локальной неоднородности и среды (газовой, жидкостной и т.п.).

В случае выполнения условий (5) и (6) решение о наличии локальной неоднородности не принимается, на выходе логического элемента И 17 логический нуль. Сумматоры 14 и 13 и блок 9 вычисления обратных величин определяют оценки скорости ультразвука в среде С„ и скорости движения среды v „. согласно выракениям:

A л 1 20

С =- (— — — -+ — — — -) ° (9)

Т (-Т T (,) -Т

1, ( л

1 1 1 ч ° --(— — — —— ) ° (10)

01 2 (+1 () т -Т; Т; -Т;

В случае, когда условия ($) и (6) для i-х ; и ° не выполняются, (+) (-) блоками 15-17 принимается решение о наличии локальной неоднородности и логический элемент И 17 выдает на З0 управляющий вход блока 12 вычисления искомых параметров логическую единицу. По данной команде в блок 12 с выходов сумматоров 14 и 13 вводятся л h

35 оценки б ; и vo;, с выхода блока 19 памяти — значение величины, с выхода счетчика 18 — значение величины i с выхода измерителя 8 временных, интервалов — цифровые величины 1 Т .)1 (т; ) «(T;).

Блок 12 вычисления искомых параметров определяет координаты точек В, Г, Д, E (фиг. 2) по алгоритму, реализующему выражения: 45 л л (-) A л (с; -VA )Т, +с; +v,, ) Щ

< = — — — - " — -Я вЂ” — - — - . (11) ь л л.

2с, л л (-) л л (с„-v;) Т;., +(с +vo, ) ф (с, ) 01 Я(1 -1 Я (11

О1 Ol

2c„;

55 (13) (+1 A A (+1

Й (co -> 2, ) Т (,) + (c; -v ; ) T

r h

2с,; (-)

+1; (-)

-ve„) T„+1 л л

-(с; -V; )T (14), (+)

1-+(со +voi ) л ( (со, (-А

2со, (15)

+ъ о, )1-с +v; ) Т;

О(д(1(I

-) л

)Т „+(с,; .1. л2

-(с,; -v;

01 «(A

2с,, +(c; +v,, ) Т;;

A A (+) (Co< -Vo1 ) 1 +(С„ +Vo ) 1

Л

2с,;

+(с„+v„) Т .,, л ла l .(.

-(c; -ч,;) i -(с ; +VÄ;

Е, +(c,; +v„) T,, . (16) 2Т °

1-1 (17) (б) )2 Т;+1 (18) По полученным значениям координат (11) —. (18) блок 12 вычисляет оценки л скорости ультразвука с, в локальной неоднородности и скорости б1 ее движения согласно выражениям:

1 xA.-x x (-хе

2 t„-å, e„-å, (19) 1 х2,-хл х„-х

А

ЕД "е г <Е (20) формула изобретения

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды, соТаким образом, повышение информативности достигается за счет обеспечения возможности определения скорос-. ти движения локальной неоднородности и скорости ультразвука в ней, когда локальная неоднородность характеризуется отличающейся скоростью ультразвука от скорости ультразвука в среде и отличающейся скоростью движения от скорости движения среды, а также линейными размерами, меньшими по сравнению с базовым расстоянием, и временем пребывания в активной зоне измерительного преобразователя, меньшим йо сравнению с временем прохождения зондирующим импульсом базового расстояния.

Использование изобретения наиболее полезно для обнаружения локальных физических объектов и определения их свойств, например, при исследовании процессов образования кавитационных пузырьков, начальных фаз кипения охлаждающих жидкостей в энергетических установках и т.п..

1472815 держащее четыре электроакустических преобразователя, генератор зондирующих импульсов, выход которого подключен к первому и четвертому элект5 роакустическим преобразователям, подключенные к выходам соответственно второго и третьего электроакустических преобразователей первый и второй усилители, измеритель временных интервалов, первый вход которого подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого и второго усилителей, блок вычисления обратных величин, первый и второй сумматоры и блок вычисления искомых параметров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности за счет определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движе- . ния, оно снабжено третьим и четвер:тым сумматорами, первой и второй 25 схемами сравнения, логическим элементом И, счетчиком и блоком памяти, выход лов подключен к входам блока вычисления обратных величин, первого и втоI рого сумматоров и первому входу блока вычисления искомых параметров, выход блока вычисления обратных величин подключен к входам третьего и четвертого сумматоров, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока вычисления искомых параметров, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока памяти, третий выход которого подключен к второму входу блока вычисления искомых параметров, пятый вход последнего подключен к выходу счетчика, управляющий вход подключен к выходу логического элемента И, а управляющий выход — к первому входу счетчика и управляющему входу генератора зондирующих импульсов, а второй вход счетчика подключен к второму выходу генератора зондирующих импульсов.

1472815

Составитель Г.Максимочкин

Техред N.äèäüù Корректор С.Патрушева

Редактор А.Лежнина

Заказ 1702/43 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101