Устройство для измерения параметров среды

 

Использование: измерение параметров жидкости и газа: скорости, расхода, объема, запыленности в различных установках. Сущность изобретения: в устройство для измерения параметров среды, содержащее лазер, передающую оптическую систему, гидравлический преобразователь, фотоприемную систему и электронный преобразователь, состоящий из входных фильтров формирователя допплеровского сигнала и вычислителя, введена специальная схема-цифровой формирователь непрерывного частотного сигнала, которая из случайного дискретного допплеровского сигнала формирует квазинепрерывный доплеровский сигнал. Это обеспечивает по сравнению с аналоговыми схемами повышение точности и расширение диапазона измерений, а по сравнению с цифровыми повышение помехоустойчивости и быстродействия, а также простоту схемной реализации. 1 ил.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров жидкости и газа: скорости, расхода объема и т.п. в различных областях техники, в том числе и в ядерном приборостроении.

Известно устройство для измерения параметров среды (газов), состоящее из гидроканала, лазерного анемометра и ЭВМ [1] Недостатком этого устройства является использование интерфейса для передачи выходного сигнала анемометра в ЭВМ, так как использование параллельного интерфейса требует многопроводной линии связи, что снижает помехоустойчивость устройства, особенно при размещении ЭВМ на значительном расстоянии. Применение же последовательного интерфейса не обеспечивает необходимого быстродействия при измерении параметров нестационарных потоков. Кроме того, при использовании ЭВМ различных типов необходимым условием является применение различных интерфейсов, что приводит к значительному усложнению устройства.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для измерения параметров среды, состоящее из лазера, передающей оптической системы, гидравлического преобразователя, фотоприемной оптической системы и электронного преобразователя, состоящего из блока фильтров, формирователя допплеровского сигнала (ФДС), стробируемого счетчика, цифрового дискриминатора и вычислителя [2] Недостатком такого устройства является низкая точность, определяемая тем, что информативный сигнал на выходе цифрового дискриминатора является аналоговым.

Задача повышения точности измерения в предлагаемом устройстве решается путем формирования цифровыми методами из случайного допплеровского сигнала на выходе ФДС непрерывного частотного сигнала.

Для этого в электронный преобразователь дополнительно вводится цифровой формирователь непрерывного частотного сигнала (ФНЧС), состоящий из формирователя временного интервала, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам формирователя допплеровского сигнала, а выход соединен с входом формирователя импульса записи, выход которого соединен с входом записи регистра хранения, информационные выходы которого подключены к информационным входам делителя частоты, причем выходы формирователя временного интервала подключены к управляющим входам счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, который соединен также со счетным входом делителя частоты, при этом выход делителя частоты соединен с входом вычислителя.

Блок фильтров представляет собой набор полосовых фильтров, соединенных между собой параллельно и подсоединенных к коммутатору, осуществляющих подавление низкочастотной (неинформативной) составляющей допплеровского сигнала и высокочастотных шумов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для измерения параметров среды.

Устройство для измерения параметров среды содержит лазер 1, передающую оптическую систему 2, гидравлический преобразователь 3, фотоприемную оптическую систему 4, электронный преобразователь 5, блок 6 фильтров, формирователь 7 допплеровского сигнала, формирователь 8 непрерывного частотного сигнала, формирователь 9 временного интервала, формирователь 10 импульса записи, счетчик 11, регистр 12, цифровой делитель 13, генератор 14 и вычислитель 15.

Формирователь 9 временного интервала представляет собой устройство, формирующее два последовательных импульсных сигнала, временная задержка между одноименными фронтами которых кратна целому числу периодов допплеровского сигнала N (счетчик с коэффициентом деления N).

Формирователь 10 импульса записи представляет собой устройство, формирующее сигнал записи информации в регистр 12 в тот момент, когда с формирователя 9 временного интервала приходит второй импульс (последовательно соединенные триггер и одновибратор).

Опорный кварцевый генератор 14 представляет собой генератор импульсов стабильной частоты и делитель, формирующие две последовательности опорных импульсов, частоты которых различаются по частоте в К раз (где К коэффициент деления делителя). Изменение коэффициента К позволяет менять соотношение между допплеровской частотой и квазинепрерывным сигналом.

В качестве вычислителя может быть использовано любое вычислительное устройство, вычисляющее требуемый параметр (расход или скорость) по формуле Q Km_Qfg; V= Km_Vfg, где Кm_Q, Km_V градуировочные коэффициенты соответственно для расхода и скорости; fg значение частоты на выходе блока 13.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 формируется в передающей оптической системе 2 и расщепляется на два пучка, которые пересекаются в измерительной зоне на оси гидравлического преобразователя 3. Микрочастицы контролируемой среды, проходя точку пересечения пучков (зондирующий объем), рассеивают лазерное излучение. Это излучение собирается фотоприемной системой 4 и преобразуется в электрический допплеровский сигнал. Этот сигнал подается на вход электронного преобразователя 5 и на блок 6 фильтров. Отфильтрованный сигнал преобразуется в формирователе 7 допплеровского сигнала (ФДС) в последовательности измерительных и строб-импульсов, которые подаются на вход ФНЧС 8. Счетчик 11 подсчитывает количество импульсов опорного кварцевого генератора 14 за интервал времени, равный N периодам допплеровской частоты. Этот интервал формируется формирователем 9 временного интервала. После окончания строб-импульса счетчик 11 сбрасывает результаты счета до прихода следующего сигнала. Число импульсов, подсчитанное счетчиком 11, записывается в регистр 12 по сигналу от формирователя 10 импульса и поступает затем на вход управляемого делителя 13 частоты. Частота выходного сигнала ФНЧС равна f_ФНЧС f_доп/N. Таким образом, на выходе схемы ФНЧС получаем непрерывный частотный сигнал, пропорциональный расходу, скорости и объему теплоносителя, который далее поступает на вычислитель 15, вычисляющий указанные параметры. Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является снижение требований к быстродействию вычислителя благодаря предварительному осреднению сигнала в ФНЧС, а также возможность расширить функциональные возможности устройства, изменяя параметр осреднения допплеровского сигнала при исследовании двухфазных потоков.

Предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность и широкий диапазон по сравнению с прототипом, а также более высокое быстродействие, что позволяет его эффективно использовать в различных областях промышленности и медицины.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ, содержащее лазер, передающую оптическую систему, гидравлический преобразователь, фотоприемную систему и электронный преобразователь, состоящий из входных фильтров, формирователя допплеровского сигнала и вычислителя, отличающееся тем, что в электронный преобразователь дополнительно введены цифровой формирователь непрерывного частотного сигнала, сотоящий из формирователя временного интервала, первый и второй входы которого подключены к первому и второму входам формирователя допплеровского сигнала, а выход соединен с входом формирователя импульса записи, выход которого соединен с входом записи регистра хранения, информационные выходы которого подключены к информационным входам делителя частоты, причем выходы формирователя временного интервала подключены к управляющим входам счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, который, кроме того, соединен со счетным входом делителя частоты, при этом выход делителя частоты соединен с входом вычислителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1