Claims (7)
1. Способ определения объемного расхода веществ с помощью ультразвуковых сигналов, включающий формирование в каждом такте измерения излучаемого и опорного сигналов, представляющих собой пачки высокочастотных колебаний с прямоугольной огибающей, в которых фаза заполняющих пачки высокочастотных колебаний жестко связана с передним фронтом огибающей, преобразование времени распространения ультразвуковых сигналов, излученных по потоку и против потока измеряемой среды в две выходные частоты, период одной из которых кратен временному интервалу между передними фронтами огибающих излучаемой по потоку и опорной пачек, а период другой выходной частоты кратен временному интервалу между передними фронтами огибающих излучаемой против потока и опорной пачек, грубую и точную подстройку выходных частот, определение по разности выходных частот скорости потока, отличающийся тем, что грубую подстройку выходных частот осуществляют путем поддержания величины временного рассогласования между передним фронтом огибающей опорной пачки и энергетическим центром принятой пачки не более половины периода заполняющих пачки высокочастотных колебаний, а точную подстройку выходных частот осуществляют путем поддержания нулевой разности фаз между фронтами высокочастотных колебаний, следующих за энергетическим центром принятой пачки и фронтами высокочастотных колебаний, заполняющих опорную пачку.1. The method of determining the volumetric flow rate of substances using ultrasonic signals, including the formation in each measurement step of the emitted and reference signals, which are packs of high-frequency oscillations with a rectangular envelope, in which the phase of the filling packs of high-frequency oscillations is rigidly connected with the leading edge of the envelope, converting the propagation time of ultrasonic signals radiated downstream and upstream of the measured medium at two output frequencies, the period of one of which is a multiple of the time int the interval between the leading edges of the envelopes emitted downstream and the reference packets, and the period of the other output frequencies is a multiple of the time interval between the leading edges of the envelopes radiated against the stream and the reference packets, a rough and precise adjustment of the output frequencies, determining the difference in the output frequencies of the flow velocity, characterized in that coarse adjustment of the output frequencies is carried out by maintaining the magnitude of the temporary mismatch between the leading edge of the envelope of the reference packet and the energy center of the received packet is not more e half of the period of the filling packs of high-frequency vibrations, and the fine tuning of the output frequencies is carried out by maintaining a zero phase difference between the fronts of the high-frequency vibrations following the energy center of the received pack and the fronts of the high-frequency vibrations filling the reference pack.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательно проводят n>1 тактов измерения времени распространения ультразвукового сигнала по потоку измеряемой среды, а затем n последовательных тактов измерения времени распространения ультразвукового сигнала против потока измеряемой среды. 2. The method according to p. 1, characterized in that n> 1 cycles of measuring the propagation time of the ultrasonic signal along the flow of the measured medium are successively carried out, and then n consecutive clocks of measuring the propagation time of the ultrasonic signal against the flow of the measured medium.
3. Устройство для определения объемного расхода веществ с помощью ультразвуковых сигналов, содержащее два установленных на трубопроводе пьезоэлемента, коммутатор, генератор ударного возбуждения, временной дискриминатор, фазометр, два триггера, два управляемых генератора, последовательно соединенные первый счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, частотомер, и блок управления, включающий распределитель импульсов, триггер блока управления и два ключа, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока управления, управляющие входы ключей соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера блока управления, которые являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, выходы ключей соединены с входом распределителя импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, причем пьезоэлементы соединены с входами/выходами коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора ударного возбуждения, сигнальный вход фазометра соединен с сигнальным входом временного дискриминатора, выходы управляемых генераторов подключены к входам частотомера и блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора, третий выход блока управления соединен с входом генератора ударного возбуждения, а шестой выход блока управления подключен к третьему управляющему входу временного дискриминатора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены стабилизатор уровня входного сигнала, активный фильтр, два триггера, схема управления счетчиками, второй счетчик и второй цифроаналоговый преобразователь, а в блок управления введен счетчик тактов измерения, вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход подключен к тактовому входу триггера блока управления, причем опорный вход фазометра соединен с сигнальным входом коммутатора, выход которого соединен с первым сигнальным входом стабилизатора уровня входного сигнала, выход которого соединен с сигнальным входом временного дискриминатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и второму сигнальным входам стабилизатора уровня входного сигнала, а третий выход соединен с сигнальным входом активного фильтра, выход которого соединен с сигнальными входами первого и второго триггеров, сигнальные входы третьего и четвертого триггеров соединены с выходом фазометра, выходы первого, второго, третьего и четвертого триггеров подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому сигнальным входам схемы управления счетчиками, первый и третий выходы которой соединены соответственно с тактовыми входами счета на увеличение первого и второго счетчиков, второй и четвертый выходы схемы управления счетчиками соединены соответственно с тактовыми входами счета на уменьшение первого и второго счетчиков, выходы второго счетчика соединены с входами второго цифроаналогового преобразователя, а выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены к входам управляемых генераторов, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с первыми и вторыми управляющими входами схемы управления счетчиками, стабилизатора уровня входного сигнала и активного фильтра, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами временного дискриминатора, пятый выход блока управления соединен с третьим управляющим входом стабилизатора уровня входного сигнала и третьим управляющим входом активного фильтра, шестой выход блока управления соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого триггеров. 3. A device for determining the volumetric flow rate of substances using ultrasonic signals, containing two piezoelectric elements installed on the pipeline, a switch, a shock excitation generator, a time discriminator, a phase meter, two triggers, two controlled generators, a first counter and a first digital-to-analog converter, a frequency meter, connected in series, and a control unit including a pulse distributor, a trigger for the control unit and two keys whose inputs are respectively the first and second inputs of the control unit The control inputs of the keys are connected respectively to the direct and inverse outputs of the trigger of the control unit, which are respectively the first and second outputs of the control unit, the outputs of the keys are connected to the input of the pulse distributor, the first, second, third and fourth outputs of which are respectively the third, fourth, fifth and sixth outputs of the control unit, the piezoelectric elements connected to the inputs / outputs of the switch, the signal input of which is connected to the output of the shock excitation generator, the signal input the phase meter is connected to the signal input of the temporary discriminator, the outputs of the controlled generators are connected to the inputs of the frequency meter and the control unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second control inputs of the switch, the third output of the control unit is connected to the input of the shock excitation generator, and the sixth output of the unit control is connected to the third control input of the temporary discriminator, characterized in that an input signal level stabilizer is additionally introduced into it, the active filter, two flip-flops, a counter control circuit, a second counter and a second digital-to-analog converter, and a measure clock counter is introduced into the control unit, the input of which is connected to the sixth output of the control unit, and the output is connected to the clock input of the control unit trigger, and the reference input of the phase meter is connected with the signal input of the switch, the output of which is connected to the first signal input of the stabilizer of the input signal level, the output of which is connected to the signal input of the temporary discriminator, the first and second outputs which are connected respectively to the third and second signal inputs of the stabilizer of the input signal level, and the third output is connected to the signal input of the active filter, the output of which is connected to the signal inputs of the first and second triggers, the signal inputs of the third and fourth triggers are connected to the output of the phase meter, the outputs of the first, second , the third and fourth triggers are connected respectively to the first, second, third and fourth signal inputs of the counter control circuit, the first and third outputs of which are inens, respectively, with the clock inputs of the account to increase the first and second counters, the second and fourth outputs of the counter control circuit are connected respectively to the clock inputs of the account to decrease the first and second counters, the outputs of the second counter are connected to the inputs of the second digital-to-analog converter, and the outputs of the first and second digital-to-analog converters connected to the inputs of controlled generators, the first and second outputs of the control unit are connected respectively to the first and second control inputs counter control circuits, input signal stabilizer and active filter, the third and fourth outputs of the control unit are connected respectively to the first and second control inputs of the temporary discriminator, the fifth output of the control unit is connected to the third control input of the input signal level stabilizer and the third control input of the active filter, sixth the output of the control unit is connected to the control inputs of the first, second, third and fourth triggers.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что стабилизатор уровня входного сигнала содержит усилитель, сумматор, четыре ключа, два интегратора, усилитель сигнала ошибки, два элемента "И", причем второй и третий сигнальные входы стабилизатора уровня входного сигнала являются входами сумматора, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов, выходы которых подключены соответственно к входам третьего и четвертого ключей, управляющие входы которых являются соответственно первым и вторым управляющими входами стабилизатора уровня входного сигнала, которые соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов "И", вторые входы которых являются третьим управляющим входом стабилизатора уровня входного сигнала, а выходы первого и второго элементов "И" соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, выходы третьего и четвертого ключей соединены с входом усилителя сигнала ошибки, выход которого соединен с входом управления усилением усилителя, вход и выход которого являются соответственно первым сигнальным входом и выходом стабилизатора уровня входного сигнала. 4. The device according to claim 3, characterized in that the input signal level stabilizer comprises an amplifier, an adder, four keys, two integrators, an error signal amplifier, two "And" elements, the second and third signal inputs of the input signal level stabilizer being inputs of an adder whose output is connected to the inputs of the first and second keys, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second integrators, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the third and fourth keys, the control inputs of which are are respectively the first and second control inputs of the input signal level stabilizer, which are connected respectively to the first inputs of the first and second elements "I", the second inputs of which are the third control input of the stabilizer of the input signal, and the outputs of the first and second elements "And" are connected respectively to the control inputs of the first and second keys, the outputs of the third and fourth keys are connected to the input of the error signal amplifier, the output of which is connected to the amplifier gain control input, the stroke and output of which are, respectively, the first signal input and the output of the stabilizer of the input signal level.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что временной дискриминатор содержит двухполупериодный выпрямитель, вход которого является сигнальным входом временного дискриминатора, а выход соединен с входами двух цепей, состоящих из последовательно соединенных ключа, интегратора и пикового детектора, выходы которых являются первым и вторым выходами временного дискриминатора, которые подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя, выход которого является третьим выходом временного дискриминатора, первый управляющий вход которого является входом инвертора, выход которого соединен с тактовым входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа первой цепи, управляющий вход ключа второй цепи соединен с асинхронным входом "сброса" триггера и является вторым управляющим входом временного дискриминатора, третий управляющий вход которого соединен со входом "сброса" интеграторов и пиковых детекторов. 5. The device according to p. 3, characterized in that the time discriminator comprises a half-wave rectifier, the input of which is the signal input of the temporary discriminator, and the output is connected to the inputs of two circuits, consisting of a series-connected key, integrator and peak detector, the outputs of which are the first and the second outputs of the temporary discriminator, which are connected respectively to the non-inverting and inverting inputs of the differential amplifier, the output of which is the third output of the temporary discriminator minator, the first control input of which is the input of the inverter, the output of which is connected to the clock input of the trigger, the output of which is connected to the control input of the key of the first circuit, the control input of the key of the second circuit is connected to the asynchronous input of the "reset" trigger and is the second control input of the temporary discriminator, the third the control input of which is connected to the input of the "reset" of integrators and peak detectors.
6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что активный фильтр содержит усилитель - ограничитель, дифференциальный усилитель, устройство выборки - хранения, управляющий вход которого является третьим управляющим входом активного фильтра, а выход подключен к входам двух цепей, каждая из которых содержит последовательно соединенные первый ключ, интегратор и второй ключ, выходы которых являются выходом активного фильтра, который подключен к входу усилителя - ограничителя, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого является сигнальным входом активного фильтра, причем выход дифференциального усилителя подключен к сигнальному входу устройства выборки - хранения, а первый и второй управляющие входы активного фильтра соединены соответственно с управляющими входами ключей, входящих в состав первой и второй цепей. 6. The device according to p. 3, characterized in that the active filter contains an amplifier - limiter, differential amplifier, a sampling device - storage, the control input of which is the third control input of the active filter, and the output is connected to the inputs of two circuits, each of which contains in series connected first key, integrator and second key, the outputs of which are the output of the active filter, which is connected to the input of the amplifier - limiter, the output of which is connected to the inverting input of the differential amplifier A fir-tree, the non-inverting input of which is the signal input of the active filter, and the output of the differential amplifier is connected to the signal input of the sample-storage device, and the first and second control inputs of the active filter are connected respectively to the control inputs of the keys that make up the first and second circuits.
7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что схема управления счетчиками содержит пять элементов "ИЛИ", девять элементов "И", инвертор, одновибратор и генератор пачки из m цифровых импульсов, причем первый сигнальный вход схемы управления счетчиками является вторым входом первого и первым входом третьего элементов "ИЛИ", второй сигнальный вход схемы управления счетчиками является вторым входом второго и третьего элементов "ИЛИ", третий сигнальный вход схемы управления счетчиками является первым входом четвертого элемента "ИЛИ" и первым входом первого элемента "И", четвертый сигнальный вход схемы управления счетчиками является первым входом второго элемента "И" и вторым входом четвертого элемента "ИЛИ", выход которого подключен к входу одновибратора, выходы первого и второго элементов "И" соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов "ИЛИ", выход третьего элемента "ИЛИ" соединен с входами генератора пачки из m цифровых импульсов и инвертора, выход которого подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов "И", первый вход третьего элемента "И" соединен с выходом одновибратора, а выход третьего элемента "И" соединен с первым входом пятого элемента "ИЛИ", второй вход которого соединен с выходом генератора пачки из m цифровых импульсов, а выход пятого элемента "ИЛИ" соединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов "И", первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов "ИЛИ", выход четвертого элемента "И" соединен с первыми входами шестого и восьмого элементов "И", выход пятого элемента "И" соединен с первыми входами седьмого и девятого элементов "И", вторые входы шестого и седьмого элементов "И" являются первым управляющим входом схемы управления счетчиками, первый и второй выходы которой являются соответственно выходами шестого и седьмого элементов "И", второй управляющий вход схемы управления счетчиками соединен с вторыми входами восьмого и девятого элементов "И", выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами схемы управления счетчиками. 7. The device according to claim 3, characterized in that the counter control circuit contains five OR elements, nine AND elements, an inverter, a single vibrator and a pack generator of m digital pulses, the first signal input of the counter control circuit being the second input of the first and the first input of the third OR element, the second signal input of the counter control circuit is the second input of the second and third OR element, the third signal input of the counter control circuit is the first input of the fourth OR element and the first input of the first AND element, the fourth signal input of the counter control circuit is the first input of the second AND element and the second input of the fourth OR element, the output of which is connected to the input of the one-shot, the outputs of the first and second AND elements are connected respectively to the first inputs of the first and the second OR element, the output of the third OR element is connected to the inputs of a packet generator of m digital pulses and an inverter, the output of which is connected to the second inputs of the first, second, and third AND elements, the first input of the third AND element connected to the output of the one-shot, and the output of the third AND element connected to the first input of the fifth OR element, the second input of which is connected to the output of a pack of m digital pulses, and the output of the fifth OR element is connected to the second inputs of the fourth and fifth elements "And", the first inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second elements "OR", the output of the fourth element "AND" is connected to the first inputs of the sixth and eighth elements "AND", the output of the fifth element "AND" is connected to the first inputs of the seventh and ninth elemento in "And", the second inputs of the sixth and seventh elements "And" are the first control input of the counters control circuit, the first and second outputs of which are respectively the outputs of the sixth and seventh elements "And", the second control input of the counters control circuit is connected to the second inputs of the eighth and the ninth element "And", the outputs of which are respectively the third and fourth outputs of the counter control circuit.