Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie smeru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v rovine

Číslo patentu: 260192

Dátum: 15.12.1998

Autori: Kočiš Štefan, Bystriansky Pavol

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

MAD PRO WNALIIV A OMHVVPOPIS VYNÁlEZU jjçjĺiurokskiuu osvptupąćyruiu(54) Zariadenie na ultrazvuková ěíslicové meranie smeru a rýohĺosti prúdenia plynného alebo kvapalnêho média v rovinevynález sa týka zariadenia na ultrazvuková čisllcové meranie smeru a rýchlosti rovinného prúdenia plynného alebo kvapalneho- lilŠdL-l využitím ultrazvukc-vej impulznej vlny.lílasicltá merače prúdenia, používané v meteorąslogii, využívajú pohybovú energiu prúdiacełjo média na otáčanie propelera šálkového »alebo listového tvaru, pričom smer jirúdenio je určovaný pomocou smerového kridelka. Ich presnosť je závislá od stojanu opotrebenla mechanicky pohyblivých súčastí a navyše majú pomerne vysoký prah merania. Niektoré konštrukcie používajú sondu s ochludzovaním vyhrievaného odporo~vého~ drôtu alebo vrstvy. Umožňujú merať rýchlosť prúdenia ale nie jeho smer.Novšie merače využívajú unášanie ultra- ~ zvukovej vlny prúdiacim médiom. Ide o vysielanie rovinnej Liitrazvukovej vlny, smerovane do úzkeho zväzku. V prvých zariadeniach tohto typu sa meria rýchlosť šírenia ultrazvuku pre každú súradnicu v dvoch opečných smeroch pomocou osobitného páru vysielacieho meniča a prijímacieho meničlal. Pre meranie rovinného prúdenia je teda potrebných osem elektroakustických meničov. V posledných k-onštrukciách sa používajú recipročné meniče, ktoré meniaelektrický signál na akustické vinenie .a tiež akustické vlnenie na elektrický signál. Na meranie rovinného prúdenia so počet meničov zníži na štyri. Nevýhodou uvedených a im podobných spôsobov, napr. s odrazonými vlnami, je silne nelineárne .a so vzrastom rýchlosti prúdenia narastajúce chyba merania. Pri väčších rýchlvostlach prúdenia sa výraznejšie uplatňujú i prídavné chyby,spôsobené znosom smerovaného ultrazvukoveho zväzku mimo aktívnej polohy prijimacieho meniča.Uvedené nevýhody odstraňuje a technický problém rieši ultrazvukový číslicový merač smeru a rýchlosti prúdenia plynnéhoalebo kvapalného média v. rovine podľa vy- .nálezu, ktorý pozostáva zo sondy tvorenej štyrmi valcovými, prstencovými, guiovými alebo miniatürnymi elektroakustickými meničmi .a z elektronického obvodu tvoreného zosilñovačmi, časovačmi, počitadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracovania,budiacim obvodom a prepínačom s ovládačom, ktorého podstatou je, že prvý a druhý elektroakustický prijímací menič sú umiestnené svojimi stredmi na osiach x, y,prosvouhlej súradnicovej sústavy v horizontálnej rovine, v počiatku ktore je svojim stredom umiestnený tretí elektroakustickýmenič a v prvom kvadrante roviny xy je umiestnený štvrtý elektroakustický menič,ktorý je spolu s tretím meničom recipročný. Prvý a druhý menič sú pomocou svoriek pripojené priamo na vstupy prvého a druheho zosilňovače, kým treti a čtvrtý menič sú pripojené cez dvojpólový prepínač riadený ovládačom na vstup tretieho zosilňovače a na výstup budiaceho obvodu. Výstupy zosilňova-čov sú pripojené na nulovacie vstupy časovačov, ktorých nastavovanie vstupy sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu. Jeho druhý budiaci výstup je spojený so vstupom budiaceho obvodu. Prvý nulovací výstup riadiaceho obvodu je spojený s pomocnýml nulovacími vstupmi časovačov, ktorých výstupy sú pripojené ku hradlovacím vstupom počitadiel. Ich počitacie vstupy sú spojené s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie a ich pomocné nulovacie vstupy sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu. Synchronizačný v-ýstup riadiaceho-obvodu je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania, ktorej údajové vstupy sú spojené s údajovými výstupmi počitadiel a údajové výstupy jednotky spracovania sú spojene so svorkou informácie o rýchlosti prúdenia a so svorkou informácie o smere prúdenia. Svorka štartu merania je spojená so štartovacím vstupom riadiaceho obvodu.Výhodou zariadenia .podľa vynälezu je, že na bezkontaktné čislicové meranie rovinného Vektor-a prúdenia vyžaduje len dva recipročne meniče a dva prijímacie meniče. VYISÍBIHHÉ ultrazvuková vlna je sférická, nemože teda dôjsť k chybe merania vplyvom znosuzariadenie naviac poskytuje možnosť merať rovinne súradnice polohy štvrtého elektroakustického meniče, pričom výpočtov algoritmus umožňuje plne korigovat vplyv zmien parametrov média skalárneho charakteru i vektorového charakteru a tak docieliť zvýšenie presnosti merania.Na priloženom výkrese je na obr. 1 znazornené geometrické rozloženie meničov v rovine xy .a na obr. 2 je uvedená blokovà schéma zapojenia elektronických obvodov merače.Ako je znázornená na obr. 1, prvý elektroakustický menič 1 je umiestnený svojim stredom na súradnej osi x a druhý elektroakustický menič 2 na osi y pravouhlej rovinnej súnadnej sústavy. vyhovujúci tvar meničov je valcový, prstencový alebo guľový môže však ísť aj o meniče kvázibodove, t. j. s rovinnou aktívnou .plochou technicky zanedbateľných rozmerov voči vzajomným vzdialenostiam menlčov. Prvý recipročný menič 3 je umiestnený v počiatku súradnej sústavy a druhý recipročný menič 4 V prvom kvadrante roviny xy vnútri rovnobežníka, ktorého vrcholy sú tvorené počiatkom súraxdnej sústavy a stredmi aprijím-acích meničov 1 a 2. Recipročné meniče môžu byť tvaru valca, prstenca alebo gulea môžu byť elektrostatické, jniezoelektrické alebo magnetostrikčné. Svorkami 5, 6, 7, 8 je merania sonda pripojená k elektronickému obvodu merače.Z obr. 2 je zrejme, že menič 1, 2 sú pripojené ku zodpovedajúcim vstupom prvého zosilňovače 9 a druheho zosilňovače ll). Recipročné meniče 3, 4 sú cez dvojpôlový prepínač 13, riadený ovládačom 14 pripojené na tretí zosilňovač 11 a na výstup budiaceho obvodu 12. Riadiaci obvod 18 so štartovacou svorkou 19 je budiacimi výstupmi pripojený ku ovladaču 14 a ku časovačom 15,18, 17. Časovače sú bistabilně preklapacle obvody, spojene svojimi vstupmi s výstupmi zosilñovačov 9, 1 U, 11 a svojimi výstupmi spojené s hravdlovacimi vstupy počítadiei 20, 21, 22, ktorých počítanie vstupy sú pripojené k výstupu generátora inlpulzov mernej frekvencie 23. Udajové výstupy povčítadiel sú spojene s údajovými vstupmi jednotky spracovania 24, ktorej údaj-ové výstupy sú spojene so svorkou 25 informácie o smere prúdenia a» so svorkou 26 informácie o rýchlosti prúdenia media. Nulovacie výstupy riadiaceho obvodu 18 sú spojene s pomocnymi nulovacimi vstupmi časovačov 15, 15, 17 a počítadiel 20, 21,132. Synchronizačný výstup riadiaceho obvodu 18 je spojený so synchronizacnym vstupom jednotky spracovania 24.Činnost zariadenia je nasledovnáPrivedením Štartovacieho impulzu na svorku 19 sa» začne prvý takt merania, v ktorom riadiaci obvod 18 spustí budiaci obvod 1.2 a ten vybu-di druhý recipročný incnič 4, ktorý vyšle ultrazvukovú impnlznú sfěrickú vlnu. Súčasne riadiaci obvod 18 nastaví časovače 15, 16, 17 a ich výstupy odhra-dlujú počítadla 20, 21, 22, takže začnú počítať impulzy mernej frekvencie. Pri dopade ~čeLa tej časti sférickej ultrazvukovej vlny, ktora sa šíri v rovine xy, na aktívne povrchy elektroakustických meničov 1, 2, 3 sú prostredníctvom zosilñovačov 9, 10, 11 nulované časovače 15, 1 G, 17 a jiočítadlá 20,21, 22 prestanú počítať. Vyslaním synchronizačného impulzu na jednotku spracovania 24 sú obsavhy počítadiel 2 U, 21, 22 presunuté do pamäti jednotky spracovania 24. Potom riadiaci obvod 18 vynuluje časovače 15, 15, 17 a počítadla 20, 21, 22 a pomocou ovládače 14 prepne dvojpólový prepínač 13. Automaticky je spustený druhý takt merania, v ktorom si recipročné meniče 3 a 4 vymenia funkcie vzhľadom na prvý takt. Obsahy počitadiel 20, 21, 22 po druhom takte sú presunuté na» iné .pamäťové miesta jednotky spracovania 24. Tým je vlastné meranie ukončené a automaticky je spustené vyhodnotenie údajov. jednotka spracovania 24 podľa voipred zadaného algoritmu vypočíta smer a rýchlosť prúdenia média V rovine xy na zaklade obsahov počitadiei z oboch taktov merania, ktoré reprezentujú rýchlosti šírenia ultrazvukovej vlny, una 260192.šanej prúdiacim médiom. Po skončení vý počtu sú výsledky k dispozicii na svorke 25 informácie o smere prúdenia a na svorke 26 informácie o» rýchlosti .prúdeniau Popísané rozloženie elektroakustických meničov a štruktúra elektronického obvodu umožňuje jednoduchých spôsobom využít zariadenie podľa vynálezu na meranie polohy druhého recipročného m-eniča 4 v rovine xy, ak s-av tento vyhotoví ako pohyblivý a upraví sa Výpočtový algoritmus. Pritom algoritmus výpočtu súra-dníc menlča 4 umožňuje plne korigovat vplyv zmien para Bmetrov- média skalárneho charakteru, napr. teploty a navyše i vplyv parametra vektorového charakteru, t. j. prúdenia, čim je docielená vyššia presne-st merania.Merač bol vyhotovený s valcovými elektrostatickými meničmi, rozloženými podla obr. 1 a overený pri meraní prúdenia vzduchu.Zariadenie podľa vynálezu je možné vyLužit v meteorológií, hydrológii, vojenskej technike, digitalizácii výkresov a máup a inde.Zariadenie na ultrazvuková číslicové meranie smeru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapailného média v rovine, pozostávajúca zo sondy tv-orenej štyrmi valcovými,prstencovými, gulo-vými alebo miniatúrnymi eiektroakustickými meničml a z elektronického obvodu tvoreného zosilňovačmi, časovačmi, počitadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracovania, budi-acim obvodom a prepínačom s ovládačom, vyznačujúce sa tým, že .prvý a druhý elektroakustický prijímací menič 1, 2 sú umiestnené svojimi stredmi na osiach x, y pravouhlej súr-adnicove sústavy v horizontálne rovine, V počiatku ktorej je svojím stredom umiestnený treti elektroakustický menič 3 a v- prvom kvadrante súradnicovej sústavy x, y je umiestnený štvrtý elektroakustický menič 4, ktorý je spolu s tretím meničom 3 recipročný, pričom prvý a druhý menič 1,Z sú svork-ami 5, B spojené so vstupmi zosilňovačov 9, 10, treti e štvrtý menič 3, 4 sú svorkaml 7, 8 pripojenie cez dvojpolový prepínač 13, riadený ovládačom 14, na vstup zosilňovač-a 11 a na výstup budiaceho obvodu 12, výstupy zo silňovačov 9, 10, 11 sú pripojené na nulova-cie vstupy časovačov 15, 16, 17, nastavova-cie vstupy ktorých sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu 18,ktorého druhý budiaci výstup je spojený scvstupom budiaceho obvodu 12, prvý nulovací výstup riadiaceho obvodu 18 je spojený s pc-mocnými nulovacími vstupmi časovačovu 15, 16, 17, ktorých výstupy sú pripojené ku hra-dlova-cím vstupom počítadiel 20, 21, 22, ktorých počít-acie vstupymernej frekvencie 23, pričom pomocné nulovacie vstupy počitadiel 20, 21, 22 sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu 18, ktorého Synchronizačný výstup je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania 24, ktorej úd-a-jové vstupy sú spojene s údajovými výstupmi počítadiel 20, 21, Z 2 a údajove výstupy jednotky spracovania 24 sú spojené so svorkou 25 informácie o smere prúde nia a so svorkou 26 informácie o rýchlosti prúdenia média v rovine, pričom svorka 19 štartu merania je spojená so štartovacím vstupom riadiaceho obvodu (18).

MPK / Značky

MPK: G01P 5/02

Značky: plynného, číslicové, směru, meranie, media, rychlostí, rovině, kvapalného, zariadenie, ultrazvukové, prúdenia

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-260192-zariadenie-na-ultrazvukove-cislicove-meranie-smeru-a-rychlosti-prudenia-plynneho-alebo-kvapalneho-media-v-rovine.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie smeru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v rovine</a>

Podobne patenty