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

Číslo patentu: 260193

Dátum: 15.12.1998

Autori: Kočiš Štefan, Bystriansky Pavol

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

(54) Zariedeiiie na ultrazvuková iišslicové meranie smeru a rýešiťoeti prúdenia plynného alebo kivapalnéhn média v priestoreVgänąilcaz sa týk-ći zariadenia na ultrazvuková číslicové ineraiíie smeru a rýchlosti priestrg-í-invxéiio Dľlldenĺa plynnébo alebo kwipalného médiu s využitím Liltrazvukovej siériclcejimjaulznej vlny.Známe sú merače, využívajúce p~ 3 łlyb 0 V 7 ĺ energiu prúdiaceho média na» otáčanie prcjpelerc ićííilliovćhn alebo listového tvaru e. natofíenio do smeru prúdenia pomocou 5 lą 1 C 1 ífJúJl) kridiitlka. ich nevýhodou je zvüťvšovanie chyby merania pri mechanickou npotreliení Q.iĺlyĺ.1 i/ý(ľh Sftöa-Sľĺ. Nĺekľüľê l-nnäfir.vicie jíoužiivnj-.ťi soudu s vylirievaným odpcrovým vĽÍPÚÍOIÍ-l edt-abo vrstvou, ochlüdzovanou pľúÚĺiZCĺln médium. Umožňujú merať rýchlostí prúdenia média, .ale nie jeho smer.Novšie riešenia, využívajúce unášenle ultrazvukovej vlny prúdiacim médiom, umožňujú merať i priestorové prúdenie. Využivejú úzko smerovanú rc-vinnü ultrazvuková vlnu samostatne vo všetkých troch pravouhlých súradnicových osiach. V prvých konštrukciäch tohto typu sa meria rýchlosť šírenia ultravzvukovej vlny v kuaždej súradnici dvoma pármi meničov, pričom každý jPáI pozostáva z jedného vysielnacieho a jedného prijímacieho meniče. Mere-nie v priestore teda vyžaduje celkove dvanásť elektronukustických meničow svprislušnýml elek 260193trcnickými obvodmi, preto sú zariadenia zložité.V -posledných konštrukciách sú použité recipročně meniče, lgtore menia elektrický signál na akustické vlnenie a tiež i akustické vlnenie na elektrický signál. Tým sa ich celkov-ý po-čet v zariadení zníži na šest.Nevýhodou uvedených i podobných spôsobov, nuaspr. s odrazenými vlnami je nelíneárna a progresívne narastajúce závislost chyby merania od rýchlosti a smeru prúdenia média. Pri väčších rýchlcstiach prúdenia sa významnejšie upiaiňujú i prídavné chyby, spôsobené zncsom smerovaného uitrazvukového zväzku mimo aktívnej plochý prijímacieho meniče.Uvedené nevýhody odstraňuje a technický problém rieši číslicový ultrazvukový meraič smeru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvaupalného média v- priestore podľa vynálezu. pozostávajüceho zo sondy tvorenej piatimi elektroakustickýmí meničmi guľového tvaru a z elektronického obvodu tvoreného zosilñovačmi, časovačini, počítadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, ríadiacim obvodom, jednotkou spracovania, budiacim obvodom a prepínačom s ovládačom, ktorého podstatou je, že prvý,druhý a tretí ele-ktroakustický prijímacímenič sú umiestnené svojimi stredmi na osiach x, y, z epravouhlej súradnicovej sústavy, v počiatku ktorej je svojím stredom umiestnený štvrtý elektroakustický menič.Vnútri priestoru mysleného rovnobežnestena, ktorého štyri vrcholy sú tvorené stredmi meničov, umiestnených na» osiach x, y, z a v počiatku, je umiestnený piaty elektroakustický menič, ktorý je spolu so štvrtým meničom recipročný. Prvý, druhý a tretí menič sú svorkami spojené so vstupmi zosilňovačov, štvrtý a piaty menič sú pripojene cez dvojpölový prepínač riadený ovládačom na vstup štvrtého zosilňovače a na výstup budieceho obvodu.Výstupy zosilňovačov sú pripojené 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 nulovací výstup riadiaceho obvodu je spojený s pomocnými nulovacimi vstupmi časovačov. Ich výstupy sú pripojené ku hradlovacim vsturpom počítuadlel, ktorých počítanie vstupy sú spojene s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie.Pomocné nulovacie vstupy počítardiel sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu, ktorého Synchronizační výstup je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania. ej 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 štartovacim vstupom riadiaceho obvodu.Výhodou zariadenia podľa vynálezu je schopnost bezkontaktneho merania prúdenia v priestore bez použitia mechanicky po hyblivých súčasti, čím je vylúčená možnosť mechanického opotrebeniva. V porovnani s dostal používanými ultrazvukovými meračmi pozostáva z menšieho počtu elektroakustických meničov a meranie vyžaduje menší počet meracích taktov, čím sa meranie urýchli. Pritom iba dva meniče sú recipročné, kým zvyšné tri sú prijímacie. Zariadenim možno merať prúdenia v priestore. Generovaním sférickej ultrazvukovej vlny je vylúčená možnost znosu mimo aktívnej plochy prijímacích meničov.Na priloženom výkrese na obr. 1 je znázornená geometrické rozloženie meničov a na obr. 2 je uvedená bloková schéma zapojenia elektronických obvodov vmervača.Ako je znázornená na obr. 1, prvý elektroakustický menič 1 je umiestnený svojím stredom na x-ovej súradnej osi 6, druhý elektroakustický menič 2 na y-ovej súradinej osi 7 a tretí elektroakustický menič 3 na z-ovej súradnej osi 8. Najvhodnejší tvar meničov je guľový, môžu však byt aj tvaru guľového v-rchlika, prípadne i kvazibodové,t. j. s rovinnou aktívnou plochou technickyzanedbatelných rozmerov voči vzájomný/m vzdialenostiam meničov..Prvý recipročný menič 4 je umiestnený v počiatku súradnicovej sústavy a druhý recipročný menič 5 v priestore myslenêho rovnobežnostena, v ktorého vrcholoch sú meniče 1, 2, 4, 3. Meniče môžu pracovat na princípe elektrc-statickom, piezoelektrickom alebo magnetostrikčnom. Svorkami 30, 31,3-2, 33, 34 je meracie sonda pripojená k elektronickému obvodu merače.Meniče 1, 2, 3 sú pripojené ku zodpovedajúcim vstupom prvého zosilňovače 9,druhého zosilňovače 1 U a tretieho zosilňovača 11. Recipročné meniče 4, 5 sú cez dvojpólový prepínač 14 pripojené na štvrtý zosilňovač 12 a na bndiaci obvod 13. Preplnenie mőžebyt bezkontaktné. Prepínač 14 je ovládaný ovládačom 16, ktorý je budený z výstupu riadiaçehci obvodu 21 so štartovacĺm vstupom 15. Prvý časovač 17, druhý časovač 18, tretí časovač 19 a štvrtý časovač 20 sú bistabilné prekláąpacie obvody,spojené s riadiacim obvodom 21 a 50 zodpovedajúcimi výstupiui zosilňovačov H, 1 G 11.Na hradlovacie vstupy prvého počítadla 22, druhého počítadla 23, tretieho počítadla 24 aj štvrtého počítadla 25 sú pripojené zodpovedajúce výstupy časovačov 17, 13, 19,20. Na počitacie vstupy počitadiei 22, 23,24, 25 je .privedený výstup z generáiora impulzov mernej frekvencie 2 G a na ich nulovacie vstupy je pripojený výstup riadiaceho obvodu 21. Na údajové vstupy jednotky spracovania 27 sú pripojené údajové výstupy počítadiel 22, 23, 24 a 25. Na výstupných svorkach 28 a 29 jednotky spracovania 27 sú informácie o smere a rýchlosti prúdenia.Činnost zariadenia je nasledovnáPrivedením štartovacieho ĺIIljpllĺZU na štartovací vstup 15 sa spusti prvý takt merania. Riadiaci obvod 21 spustí budiaci obvod 13, ten vybudí druhý recipročný menič 5, ktorý vyšle sférickú impulznú ultrazvukovú vlnu. Súčasne riadiaci obvod 21 vybudí nastavovacie vstupy časovačov 17, 15.1, 19,2 D, na výstupoch ktorých sa objavia- časové šírkovo modulované merná impulzy. Počas ich trvania prechádzajú impulzy z generátora impulzov mernej frekvencie 26 na počitacie vstupy počítadiel 22, 23, 24, 25. Pri dopade čelav ultrazvukovej siêrickej impulz» nej viny na aktívne povrchy meničov 1, 2,3, 4 tieto v-ybudia zosilňovače 9, Jil, 11, 12. Na ich výstupoch sa objavia impulzné signály, ktoré preklopia časovače 17, 18, 19,20 do východlskovej polohy. Tým sa ukončí počíta-nie impulzov mernej frekvencie v počítadlách 22, 23, 24, 25.Po ukončení merania v prvom takte riadiaci obvod vyšle riadiace signály na prenos čísel z počítadiel 22, 23, 24, 25 do pamäti jednotky spracovania 27, potom signály na vynulovanie počítadiel 22, 23, 24, 25a tiež na vynulovanie časovačov 17, 18, 19,20 pre pripad, že by z nejakých dôvodov nedošlo po ukončení merania. k vynulovaniu niektorého. Riadiaci obvod 21 .prepne cez ovládač ti prepínač 14 do druhej polohy,vv ktorej si recipročné meniče 4, 5 vymenia funkcie..Riadiaci obvod 21 spusti automaticky druhý takt merania, kt-orý prebieha rovnako ako prvý s tým rozdielom, že obsahy počítadiei 22, 23, 24, 25 sa prepišu do iných pamätových miest jednotky spracovania 27. IP) ukončení druhého taktu prebehne vyhodnotenie údajov. jednotka» spracovania 27 podla zadaného algoritmu vypočíta smer a rýchlosť prúdenia média. spracováva pri tom čísla získané v počitatdlách 22, 23, 24,25 počas oboch taktov. merania. Čísla reprezentujú doby šírenia ultrazvuku v prúdiacom prostredi.využitím všetkých nameraných čisel jed inotka spracovania 27 vypočíta rýchlosť prúdenia, ktorá sa objaví na svorke 23 a smer prúdenia, dostupný na svorke za.Popísané rozloženie meničov .a príslušný elektronický obvod umožňuje velmi jednoduchým spôsobo-m zmenit 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 treba merať. Pritom algoritmus výpočtu súradnic umožňuje úplne korigovat vplyv zmien parametrov média skalárneho charakteru, napr. teploty. Pri využití onboch taktov merania je možné zaviesť i korekciu vplyvu prúdenia média ako vektora, parametre ktoreho sa vypočítajú z údajov prvého a dľllhěllí) taktu merania. Docieli sa tým vyššia presnosť merania.Zariadenie podľa Vynálezu je možné využiť v meteorológii, hydrológii, vojenskej technike, robotike ai inde.Zariadenie na ultrazvuková čislicové mcranie smeru a rýchlosti prúdenia plynnéhr alebo kvapalného média v priestore. pozostávajúca zo sondy tvorenej piatimi elektroakustickými Ineničini guľového tvaru a z elektronického obvodu tvoreného zosilňovačmi, časovačmi, počitadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracovania, bit-dianím obvodom a prepínačom s ovládačom, vyznačujúce sa tým, že prvý, druhý a treti elektxroakustický iprijimuací menič l, 2, 3 sú umiestnene svojimi stredmi na osiach 6,7, 8 pravouhlej súradnicovej sfistavy, v počiatku ktorej je svojim stredom umiestnený štvrtý elektroakustický menič 4 a vnútri priestoru mysleného rc-vnobežnostena, ktorého štyri vrcholy sú tvorené stredmi meničov 1, 2, 3, 4, je umiestnený piaty elektroakustický menič 5, ktorý je spolu so štvrtým meničom 4 recipročný, pričom prvý, druhý a tretí menič 1, 2, 3 sú svorkami 30, 31, 32 spojené so vstupmi zosilňovačov 9, 10, 11, štvrtý a piaty menič 4, 5 sú svorkami 33, 34 pripojené cez dvojpóltzvý prepínač 14, riadený ovládačom 16, na vstup zosilňovače 12 a na výstup budiaceho obvodu 13, výstupy zo 1 list výkresovsilňovačov 9, 1 U, 11, 12 sú pripojené na itulovacie vstupy časovačov 17, lil, 19, 20,uastavovacie vstupy ktorých sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu 21, ktorého druhý budiaci výstup je spojený so vstupom budivaceho obvodu 13 a prvý nulovací výstup riadiaceho obvodu 21 je spojený s pomocnýnii nnlovacimi vstupmi časovačov 17, 18, 19, 20,ktorých výstupy sú pripojene ku hradlovacim vstupom počítadiel 22, 23, 24, 25,ktorých .počítanie vstupy sú spojené s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie 261, pomocné nulovacie vstupy počítadiel 22, 23, 24, 25 sú spojene s druhým nulovracim výstupom riadiaceho obvodu 21, ktorého synchronizzačný výstup je spojený so synchronizačným vstup ,nn jednotky spracovania 27, ktorej údajové vstupy sú spojené s údajovými výstupmi počitadiel 22, 23, 24, 25 a údajové výstupy jednotky spracovania Z 7 sú SDQŤSYTŠ sc- svorkou 28 informácie o rýchlosti prúdenia a so svorkou 29 informácie o smere prúdenia média, pričom svorka 15 je spojená so štartovacĺm vstupom riadiaceho obvodu 21.

MPK / Značky

MPK: G01P 5/02

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

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-260193-zariadenie-na-ultrazvukove-cislicove-meranie-smeru-a-rychlosti-prudenia-plynneho-alebo-kvapalneho-media-v-priestore.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie smeru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v priestore</a>

Podobne patenty