Спосіб вимірювання витрати текучого середовища

1 Спосіб вимірювання витрати текучого середовища між двома точками, що розташовані на деякій відстані одна від одної у напрямку потоку вказаного середовища, згідно з яким значення витрати отримують шляхом поєднання вимірювання ВІДПОВІДНИХ відрізків часу розповсюдження кожного із двох акустичних сигналів, переданих між двома точками у протилежних напрямках, з вимірюванням зсувів по фазі, що виникають ВІДПОВІДНО у кожному акустичному сигналі під час його розповсюдження у потоці, причому вимірювання акустичного зсуву по фазі полягає у квантуванні вказаного одержаного акустичного сигналу з частотою квантування, перетворенні квантованого сигналу у цифрову форму та визначенні, за допомогою синхронного детектування, акустичного зсуву по фазі як різниці фаз між фазою квантованого сигналу та фазою опорного сигналу, який відрізняється тим, що застосовують ПОСЛІДОВНІ ітерації до різних акустичних сигналів, що передаються послідовно в одному напрямку, які вводяться під час ітерації порядку п + 1 в один із вказаних сигналів, між стадією передачі сигналів та стадією синхронного детектування, принаймні один програмований зсув по фазі хр(п), зв'язаний із значенням акустичного зсуву по фазі cp(n) + cpref, яке визначається синхронним детектуванням, здійснюваним під час попередньої ітерації порядку п, застосованої до попереднього переданого сигналу, та яке, з одного боку, дорівнює сумі різниці фаз фегг(п ) між фазою сигналу, квантованого під час попередньої ітерації порядку п, і фазою опорного сигналу, та, з другого боку, програмованому зсуву по фазі, який був уведений під час ітерації порядку n, 27iFacxp(n - 1), де Fac означає частоту акустичного сигналу, а хр(п - 1) означає програмовану затримку, визначену під час ітерації порядку п -1 таким чином, що стадія синхронного детектування ітерації порядку п + 1 визначає різницю фаз фгг(п + 1) між фазою сигналу, квантованого під час поточної ітерації, та опорною фазою, значення якої по можливості повинне знаходиться ближче до нуля, причому акустичний зсув по фазі Ф (п +1) + ф ^ приблизно дорівнює програмованому зсуву по фазі, 27iFacxp(n ), уведеному під час ітерації порядку (п +1) 2 Спосіб згідно з п 1, який відрізняється тим, що програмований зсув по фазі вводиться під час стадії квантування у сигнал, що піддається квантуванню 3 Спосіб згідно з п 1, який відрізняється тим, що на стадії синхронного детектування, перетворений у цифрову форму сигнал підсилюють опорними сигналами, що мають відповідну форму опорного синуса та косинуса з опорною фазою, причому програмований зсув по фазі вводиться в опорний синус та косинус 4 Спосіб згідно з п 1, який відрізняється тим, що програмований зсув по фазі вводиться на стадії передачі у сигнал передачі, що повинен генерува О ти ВІДПОВІДНИЙ акустичний сигнал 5 Спосіб згідно з п 1, який відрізняється тим, що кожний одержаний акустичний сигнал змішується з сигналом змішування, з тим щоб отримати змішаний сигнал, частота якого менше відносно частоти вказаного акустичного сигналу, причому програмований зсув по фазі вводиться у сигнал змішування 6 Спосіб згідно з одним із пп 1 - 5, який відрізняється тим, що програмований зсув по фазі розкладається принаймні на два додаткові програмовані зсуви по фазі, кожний із яких вводиться у сигнал на окремій стадії між стадією передачі акустичного сигналу та стадією синхронного детектування 7 Спосіб згідно з п 6, який відрізняється тим, що кожний додатковий програмований зсув по фазі визначається шляхом виконання ділення Евкліда програмованого зсуву по фазі відносно модуля розділювальної здатності пристрою зсуву фаз, що застосовується на ВІДПОВІДНІЙ стадії, на якій повинен вводитися вказаний додатковий зсув по фазі 8 Спосіб згідно з п 6, коли він залежить тільки від п 1, та згідно з п 7, який відрізняється тим, що програмований зсув по фазі розкладається на два (О о 00 44806 додаткові програмовані зсуви по фазі, що ввозаданої максимальної КІЛЬКОСТІ дяться ВІДПОВІДНО у сигнал квантування та опор18 Спосіб згідно з пп 16 та 17, який відрізняєтьний синус і косинус ся тим, що відрізки часу розповсюдження акустич9 Спосіб згідно з одним із пп 1 - 8, який відрізняних сигналів вимірюють у другому члені, коли зається тим, що частота Fe квантування дорівнює довольняється перша із двох умов 4Fac/2n + 1, де Fac означає частоту акустичного 19 Спосіб згідно з одним із пп 14 - 18, який відрісигналу, а п означає ціле число, більше або рівне зняється тим, що для вимірювання відрізків часу нулю розповсюдження акустичних сигналів, переданих у двох напрямках розповсюдження у першому члені 10 Спосіб згідно з п 9, який відрізняється тим, для кожного сигналу, вказаний одержаний сигнал що частота Fe квантування дорівнює 4Fac піддають виправленню, формують обвідну цього 11 Спосіб згідно з пп 8 - 1 0 , який відрізняється одержаного сигналу та визначають вказані відрізки тим, що програмований зсув по фазі по суті дорівчасу розповсюдження шляхом фіксації моменту нює m(Fac/Fq) 360° + k(Fac/Fe) 360°, де (Fac/Fq) переходу обвідної через задане порогове зна360° означає розділювальну здатність пристрою чення програмованого зсуву фаз, зв'язаного з опорним синусом та косинусом, (Fac/Fe) 360° означає роз20 Спосіб згідно з одним із пп 14 - 19, який відріділювальну здатність, обумовлену квантуванням, зняється тим, що для вимірювання відрізків часу a Fq означає частоту кварцу генератора синхронірозповсюдження акустичних сигналів, переданих у зації двох напрямках розповсюдження у другому члені значення амплітуд кожного із вказаних акустичних 12 Спосіб згідно з пп 8 та 9, який відрізняється сигналів у квантованих точках порівнюють із поротим, що частота Fe квантування дорівнює 4Fac/2n говим значенням, шукають першу квантовану точ+ 1, де п по суті більше нуля ку сигналу, значення якої перевищує вказане по13 Спосіб згідно з одним із пп 1 - 12, який відрізрогове значення, і на основі цієї точки шукають няється тим, що стадії квантування та перетвонаступну точку або останній перехід цього сигналу рення у цифрову форму виконуються одночасно через нуль, що таким чином допомагає визначити 14 Спосіб згідно з одним із пп 1 - 13, який відрізвідрізок часу розповсюдження вказаного акустичняється тим, що витрата текучого середовища ного сигналу за сталий час, який однаковий для виражається згідно з відношенням першого члена, двох відрізків часу розповсюдження що дорівнює, з одного боку, сумі 27i[Fac(T2 - Т1)], де [х] означає цілу частину х, а Т1 та Т2 являють 21 Спосіб згідно з п 20, який відрізняється тим, собою ВІДПОВІДНІ відрізки часу розповсюдження що для знаходження наступного переходу сигналу акустичних сигналів, переданих у двох напрямках через нуль шукають дві наступні ПОСЛІДОВНІ кванрозповсюдження, причому Fac означає частоту товані точки, що обрамляють точку сигналу, знаакустичних сигналів, та, з другого боку, різниці чення амплітуди якого дорівнює нулю, а потім акустичних зсувів по фазі, які виникають у кожному здійснюють між двома цими точками прямолінійну сигналі другого члена, що дорівнює добутку вказаінтерполяцію, з тим, щоб визначити час розповсюних відрізків часу розповсюдження, при цьому віддження акустичного сигналу різки часу розповсюдження для кожного члена 22 Спосіб згідно з одним із пп 1 - 2 1 , який відрізвимірюють за допомогою іншого способу няється тим, що до кожної ітерації порядку п до програмованої затримки хр(п ) додається додатко15 Спосіб згідно з п 14, який відрізняється тим, ва програмована затримка R(n), що повинна вищо відрізки часу розповсюдження акустичних сигкликати у багатьох послідовних ітерацій фазову налів вимірюють у першому члені частіше, ніж у похибку Е, обумовлену завертанням гармонійних другому члені ЛІНІЙ після квантування, розподіленого згідно з 16 Спосіб згідно з пп 14 та 15, який відрізняєтьперіодичним законом усередненого значення ся тим, що відрізки часу розповсюдження акустичнуль-переходів них сигналів вимірюють у другому члені, коли середнє значення відрізків часу розповсюдження 23 Спосіб згідно з п 22, який відрізняється тим, сигналів, переданих у двох напрямках розповсющо значення додаткової програмованої затримки дження та виражених у першому члені, перевищує змінюється між Ота періодом квантування задане порогове значення 24 Спосіб згідно з п 23, який відрізняється тим, що значення додаткової програмованої затримки 17 Спосіб згідно з пп 14 та 15, який відрізняєтьзмінюються ЛІНІЙНО кроками, рівними одній частці ся тим, що відрізки часу розповсюдження акустичперіоду квантування них сигналів вимірюють у другому члені, коли КІЛЬКІСТЬ вимірювань акустичних зсувів по фазі досягає Винахід стосується способу вимірювання витрати текучого середовища між двома точками, що розташовані на деякій відстані одна від одної у напрямку проходження потоку вказаного середовища, згідно з яким витрату визначають шляхом вимірювання відрізків часу розповсюдження двох акустичних сигналів, переданих між двома точками у протилежних напрямках, одночасно з вимірюванням акустичних зсувів по фазі, які виникають у кожному акустичному сигналі під час розповсюдження кожного із вказаних акустичних сигналів у потоці На протязі багатьох років відомо, що витрата текучого середовища (або його об'єм), яке прохо дить у трубі, вимірюється шляхом використання розповсюдження акустичних сигналів, переданих між двома акустичними датчиками, які розташовані на деякій відстані один від одного у напрямку проходження потоку середовища У принципі, акустичний сигнал, переданий з першого датчика, приймається другим датчиком і вимірюється час Т1 розповсюдження цього акустичного сигналу Таким же чином, вимірюють час розповсюдження 12 акустичного сигналу, переданого з другого датчика на перший після прийому вказаного сигналу першим датчиком Витрату Q текучого середовища у трубі у цьому випадку можна записати так Q= (SL/2) (Т2-Т1)/Т1Т2, де S означає середню площу поперечного перетину труби, у якій проходить потік між двома акустичними датчиками, a L означає відстань між цими датчиками Отже, здійснення точного вимірювання часу розповсюдження акустичного сигналу може бути відносно складним, оскільки воно залежить від шуканої точності Через ці причини, спосіб вимірювання фаз має перевагу по відношенню до способу вимірювання тільки часу розповсюдження, оскільки вимірювання фази дозволяє більш просто одержати бажану точність вимірювання витрати У європейській заявці ЕР, А, 0426309 (BRITISH GAS PLC) 8 May, 1991 описується спосіб вимірювання витрати текучого середовища, згідно з яким значення витрати отримують шляхом поєднання вимірювання ВІДПОВІДНИХ відрізків часу розповсюдження кожного із двох акустичних сигналів, переданих між двома точками у протилежних напрямках, з вимірюванням зсувів по фазі, що виникають ВІДПОВІДНО у кожному акустичному сигналі під час його розповсюдження у потоці, причому вимірювання акустичного зсуву по фазі полягає у квантуванні вказаного одержаного акустичного сигналу з частотою квантування, перетворенні квантованого сигналу у цифрову форму та у визначенні, за допомогою синхронного детектування, акустичного зсуву по фазі як різниці фаз між фазою квантованого сигналу та фазою опорного сигналу 44806 члену Т1Т2, який являється знаменником формули витрати, відповідає середньому квадратичному значенню часу розповсюдження акустичних хвиль, переданих у напрямках по потоку та проти потоку За умови, що Т1 = L / С - v та Т2 = L / С + v, де с та v ВІДПОВІДНО означають швидкість розповсюдження акустичного сигналу та швидкість текучого середовища та оскільки швидкість розповсюдження сигналу в основному залежить від температури, яка трохи міняється під час вимірювань витрати середовища, член Т1Т2 трохи змінюється для даного складу текучого середовища, і ВІДПОВІДНО цей член не перераховується під час кожного нового вимірювання У цьому документі перше вимірювання часу розповсюдження акустичного сигналу здійснюється шляхом інвертування фази у визначеному МІСЦІ сигналу передачі та шляхом виявлення у одержаному сигналі моменту, який відповідає вказаній інверсії фази Виявлення цього моменту здійснюється за допомогою фазового детектора миттєвої дії Це вимірювання, яке здійснюється у напрямках по потоку та проти потоку, дозволяє визначити перший член вказаного вище виразу 2ті [Fac (T2 Q = (SL / 47iFac) (2л [Fac (Т2 - Т1) ] + (ср2 - ср1) Т1Т2, де Т1 та Т2 ВІДПОВІДНО означають час розповсюдження акустичного сигналу у напрямку потоку та у напрямку проти потоку середовища, ср1 та ср2 ВІДПОВІДНО означають акустичні зсуви по фазі, які виникають у кожному з цих сигналів під час їх розповсюдження, a Fac означає частоту вказаних акустичних сигналів Цей вираз дозволяє знайти перший член, 2ті [Fac (Т2 - Т1) ], який визначає КІЛЬКІСТЬ ПОВНИХ пе ріодів, що вміщаються в інтервал, утворений різницею двох відрізків часу розповсюдження Вираз [х] означає цілу частину х Другий член, ср2 - ср1, означає точний зсув по фазі, що міститься між - 2ті та 2ті який впливає на акустичний сигнал під час його розповсюдження та виникає через наявність витрати між датчиками Цей другий член дозволяє поліпшити вимірювання і тим самим одержати більш точний результат вимірювання Величина Т1)] Після квантування одержаного сигналу на восьми конденсаторах та цифрового перетворення вказаного квантованого сигналу за допомогою синхронного детектування цього цифрового сигналу здійснюється вимірювання акустичного зсуву по фазі, що дозволяє визначити зсув по фазі ср1 або ср2, який тлумачиться як різниця між фазою квантованого сигналу та фазою опорного сигналу Після визначення акустичних зсувів по фазі, які відповідають зсуву ср1 по течи та зсуву ср2 проти течи згідно з цим способом, по різниці визначають член ср2 - ср1 Отже, шляхом додавання двох членів 2ті [Fac (Т2 - Т1) ] та ср2 - ср1, витрату визначають більш точно, ніж раніше Одначе, під час деяких застосувань, коли потрібно щоб витрата енергії була максимально малою, особливо тоді, коли джерелом енергії є акумуляторна батарея і строк и служби обмежений, важливо звести цю витрату до мінімуму До того ж, реалізація цього способу визначення витрати є досить складною і потребує значних об'ємів чисельних розрахунків Отже, цей винахід стосується способу вимірювання витрати текучого середовища, під час реалізацію якого витрата енергії нижча, ніж під час реалізації відомих способів Таким чином, метою цього винаходу є створення способу вимірювання витрати текучого середовища між двома точками, що знаходяться на деякій відстані одна від одної у напрямку потоку вказаного середовища, згідно з яким витрату отримують шляхом поєднання вимірювання ВІДПОВІДНИХ відрізків часу розповсюдження кожного із двох акустичних сигналів, переданих між двома точками у протилежних напрямках, з вимірюванням ВІДПОВІДНИХ акустичних зсувів по фазі, що виникають у кожному акустичному сигналі під час його розповсюдження у потоці, причому вимірювання акустичного зсуву по фазі полягає у квантуванні вказаного акустичного сигналу, одержаного 8 44806 на частоті квантування, перетворенні квантованосаме на стадії між передачею акустичного сигналу го сигналу у цифрову форму та у визначенні за та стадією синхронного детектування допомогою синхронного детектування акустичного Кожний допоміжний програмований зсув по зсуву по фазі як різниці фаз між фазою квантовафазі здебільшого визначають шляхом ділення ного сигналу та фазою опорного сигналу, який Евкліда програмованого зсуву по фазі на модуль відрізняється тим, що здійснюють ПОСЛІДОВНІ ітерозділювальної здатності схеми програмованого рації різних акустичних сигналів, що передаються зсуву по фазі, що спрацьовує під час відповідної послідовно в одному напрямку, які вводяться під стадії, на якій вводиться вказаний допоміжний зсув час ітерації порядку п + 1 в один із вказаних сигнапо фазі лів, між стадією передачі сигналів та стадією синНаприклад, програмований зсув по фазі подіхронного детектування, принаймні одного програляється на два ДОПОМІЖНІ програмовані зсуви по мованого зсуву по фазі хр (п), зв'язаного із фазі, які вводяться ВІДПОВІДНО у квантований сигзначенням акустичного зсуву по фазі е (n) + cpref, р нал та у опорний синус і косинус яке визначається синхронним детектуванням, Щоб краще розв'язати проблеми витрати енездійснюваним під час попередньої ітерації порядку ргії, частота Fe квантування дорівнює 4Fac / 2n + п попереднього переданого сигналу, та яке, з од1, де Fac означає частоту акустичного сигналу, а п ного боку, дорівнює сумі різниці фаз срегг (п) між означає ціле число, яке перевищує або дорівнює фазою сигналу, квантованого під час попередньої нулю ітерації порядку п, та фазою опорного сигналу та, Якщо частота Fe вибирається рівною 4Fac, то з другого боку, програмованого зсуву по фазі, який програмований зсув по фазі, що поділяється на був уведений під час ітерації порядку n, 27iFacxp (n два ДОПОМІЖНІ програмовані зсуви по фазі, які вво-1), де Fac означає частоту акустичного сигналу, а дяться ВІДПОВІДНО у квантований сигнал та у опорхр (п - 1) означає програмовану затримку, яка виний синус і косинус, приблизно дорівнює m (Fac / значається по ітерації порядку п - 1, таким чином, Fq) 360° + k (Fac / Fe) 360°, де Fac / Fq) 360° ознащоб на стадії синхронного детектування ітерації чає розділювальну здатність схеми програмованопорядку п + 1 визначалася різниця фаз срегг (п + 1) го зсуву по фазі, зв'язаної з опорним синусом та між фазою сигналу, квантованого під час поточної косинусом, Fac / Fe) 360° означає розділювальну ітерації, та опорною фазою, значення якої по можздатність, обумовлену квантуванням, a Fq означає ливості знаходиться ближче до нуля, причому акунайбільшу частоту тактового генератора, який вистичний зсув по фазі ф (п + 1) + cpref приблизно користовується для реалізації вказаного способу відповідає програмованому зсуву по фазі, 27iFacxp Для ще більшого зменшення витрати енергії (п), введеному під час ітерації порядку (п + 1) при реалізації способу шляхом зменшення часу на розрахунки та об'єму розрахунків, частота Fe кваЦей спосіб є простим для реалізації і його дунтування дорівнює 4Fac / 2п + 1, де п строго переже легко пристосувати до використання Отже, вищує нуль перевага цього способу полягає у тому, що він Стадії квантування та перетворення у цифродозволяє скоротити час на розрахунки та їх об'єм і ву форму здебільшого здійснюються одночасно тим самим обмежує витрату енергії Крім того, оскільки витрата текучого середоФактично, програмований зсув по фазі, який вища виражається в залежності від відношення насправді являє собою затримку, введену у сигпершого члену, який дорівнює, з одного боку, сумі нал, може бути розподіленим у вказаному сигналі 2ті [Fac (Т2 - Т1) ], де [х] виражає цілу частину х, а на потрібній стадії способу без зміни характеру та Т1 та Т2 означають ВІДПОВІДНІ відрізки часу розпозниження ефективності способу всюдження акустичних сигналів, переданих у двох Здебільшого програмований зсув по фазі монапрямках розповсюдження, причому Fac означає же бути введений у сигнал, який піддають квантучастоту акустичних сигналів, а, з другого боку, різванню, під час стадії квантування ниці акустичних зсувів по фазі, які виникли у кожКрім того, під час стадії синхронного детектуному сигналі, до другого члену, рівного добутку вання цифровий сигнал підсилюється опорними вказаних відрізків часу, то вимірювання цих відрізсигналами, які мають відповідну форму опорного ків часу розповсюдження здійснюється для кожносинуса та косинуса з опорною фазою, і у цьому го із першого та другого членів за допомогою іншовипадку у опорний синус та косинус може бути го способу введений програмований зсув по фазі Відрізки часу розповсюдження акустичних сигМожна також передбачити, що програмований налів частіше вимірюють у першому члені, ніж у зсув по фазі буде вводитися, під час стадії передругому дачі, у сигнал передачі, який призначений для Відрізки часу розповсюдження акустичних сигстворення ВІДПОВІДНОГО акустичного сигналу налів вимірюють у другому члені тоді, коли середЩоб зменшити витрату енергії, одержаний нє значення відрізків часу сигналів, переданих у акустичний сигнал піддають гетеродинуванню, для двох напрямках розповсюдження та виражених у чого його змішують із сигналом змішування з мепершому члені, перевищує задане порогові знатою отримання змішаного сигналу, частота якого чення зменшена, і у цьому випадку у сигнал змішування Відрізки часу розповсюдження акустичних сигможе бути уведений програмований зсув по фазі налів вимірюють у другому члені тоді, коли КІЛЬЗгідно З ОДНІЄЮ ознакою винаходу програмоКІСТЬ вимірювань акустичного зсуву по фазі досяваний зсув по фазі поділяється на два ДОПОМІЖНІ гає заданого максимального значення програмовані зсуви по фазі, які вводяться у сигВідрізки часу розповсюдження акустичних сигнал, причому вводяться вони на окремій стадії, а налів вимірюють у другому члені тоді, коли задо 44806 10 гою способу нуль-переходу, вольняється перша із двох вказаних вище умов Фіг 7 - збільшене схематичне зображення Для вимірювання відрізків часу розповсюелектронної схеми, показаної на фіг 3, яку викодження акустичних сигналів, переданих у двох ристовують для визначення часу розповсюдження напрямках розповсюдження, у першому члені, для акустичного сигналу за допомогою способу так кожного сигналу вказаний одержаний сигнал регузваної обвідної, причому швидкість сигналів відполюють, формують обвідну цього одержаного сигвідає кожній стадії, налу форму і визначають вказані відрізки часу розповсюдження шляхом фіксації моменту прохоФіг 8 - докладне часткове схематичне зобрадження вказаної обвідної через задане порогові ження електронної схеми, показаної на фіг 3, згідзначення но з одним із варіантів реалізації винаходу, у якому програмований зсув по фазі вводиться на стадії Для вимірювання відрізків часу розповсюквантування одержаного акустичного сигналу, дження акустичних сигналів, переданих у двох напрямках розповсюдження, у другому члені поріФіг 9 - одночасна еволюція у часі різних сигвнюють значення амплітуд кожного із вказаних налів, які використовуються для квантування сигакустичних сигналів у квантованих точках із пороналу, коли програмований зсув по фазі вводиться говим значенням, шукають першу квантовану точна стадії квантування одержаного акустичного сигку сигналу, значення якої є більшим, ніж вказане налу, порогові значення, і потім, починаючи з цієї точки, Фіг 10 - докладне часткове схематичне зошукають наступне або останнє проходження сигбраження електронної схеми, показаної на фіг З, налу через нуль, що дозволяє визначити відрізок згідно з першим варіантом реалізації винаходу, у часу розповсюдження акустичного сигналу при якому програмований зсув по фазі вводиться частмайже незмінному часі, який однаковий для обох ково на стадії квантування та частково у опорні відрізків часу розповсюдження сигнали, які використовують на стадії синхронного детектування, Щоб знайти наступне проходження сигналу через нуль, шукають наступні дві ПОСЛІДОВНІ кванФіг 11 - докладне часткове схематичне зотовані точки, які охоплюють точку сигналу, значенбраження електронної схеми, показаної на фіг З, ня амплітуди якого дорівнює нулю, після чого здійзгідно з другим варіантом реалізації винаходу, у снюють прямолінійну інтерполяцію між цими якому програмований зсув по фазі вводиться на двома точками для визначення часу розповсюстадії передачі акустичного сигналу, дження акустичного сигналу Фіг 12 - одночасна еволюція у часі різних сигналів, які використовують для квантування сигнаЗгідно З ОДНИМ варіантом реалізації винаходу лу, коли програмований зсув по фазі вводиться на під час кожної ітерації порядку п до програмованої стадії передачі акустичного сигналу, затримки хр (п) додають додаткову програмовану затримку R (п), яка під час кількох послідовних Фіг 13 - докладне часткове схематичне зоітерацій викликає фазову помилку Е, обумовлену браження електронної схеми, показаної на фіг З, згортанням гармонічних ЛІНІЙ ПІСЛЯ квантування, згідно з третім варіантом реалізації винаходу, у розподіленої згідно з періодичним законом усереякому програмований зсув по фазі вводиться на дненої лінії синусоїдальної кривої нуль-переходу стадії гетеродинування одержаного акустичного сигналу, Отже, завдяки введенню додаткової програФіг 14 - значення квантованих точок опорного мованої затримки похибка розподіляється згідно з синусу та косинусу для двох різних частот квантузаконом усередненої лінії синусоїдальної кривої вання, нуль-переходу і тому компенсується під час кількох посланих послідовних акустичних пакетів Фіг 15 - варіант блок-схеми програми обчислення, показаної на фіг 2, Інші ознаки та переваги стануть зрозумілими з Фіг 16 - показує на кривій, яка відображає акуприведеного нижче опису, який наводиться як пристичний сигнал, різні точки квантування, одержані клад, що не обмежує винахід, з посиланням на при застосуванні під час кожної ітерації порядку п креслення, що додаються, на яких додаткової затримки R (п) до програмованої заФіг 1 - блок-схема програми обчислення, на тримки хр (п), показаної на фіг 2 (усього дванадякій показані різні стадії способу згідно з одним із цять ітерацій), варіантів реалізації винаходу, Фіг 2 - блок-схема програми обчислення, на Фіг 17 - показує криву, яка представляє, для якій показані різні стадії способу, що реалізуються кожної із ітерацій, показаних на фіг 10, фазову під час кожної передачі акустичного сигналу та похибку Е, обумовлену згортанням гармонічних входять у стадію вимірювання акустичного зсуву ЛІНІЙ після квантування у залежності від застосопо фазі, позначену буквою d на фіг 1, ваної програмованої затримки хр (n) + R (п) Фіг 3 - результати різних послідовних вимірюНа фіг 1 показана блок-схема програми обчивань акустичного зсуву по фазі, реалізованих згідслювання, яка включає різні стадії способу виміно зі стадіями способу, показаними на фіг 2, рювання витрати текучого середовища, що прохоФіг 4 - цифрові значення, отримані у прикладі, дить у трубі, наприклад газу, між двома точками, який показаний на фіг 2а, які знаходяться на деякій відстані одна від одної у напрямку проходження середовища згідно з одним Фіг 5 - спрощене схематичне зображення елеіз варіантів реалізації винаходу ктронної схеми, яку використовують для реалізації способу згідно з одним із варіантів реалізації винаСтадії способу позначені на фіг 1 літерами а ходу, І Коли газ проходить у трубі між двома ультразвуФіг 6 - ілюстрація способу визначення часу ковими датчиками, які знаходяться один від одного розповсюдження акустичного сигналу за допомона відстані L у напрямку проходження газу, то ви 11 44806 12 трату газу у цій трубі можна записати у такий споде відрізки часу розповсюдження T1env та сіб T2env вимірюються за допомогою способу обвідної, а відрізки часу розповсюдження T1pz та T2pz Q = (SL / 47iFac) (2л[ Fac (Т2 - Т1) ] + (ср2 - ср1) / виміряються за допомогою способу нульТ1Т2, переходу, ТО означає константу, яку необхідно де S означає середній переріз каналу проховідняти, щоб отримати час розповсюдження у газі дження текучого середовища між двома точками, Ці два способи докладно пояснюються нижче Т1 та Т2 ВІДПОВІДНО означають відрізки часу розповсюдження акустичного сигналу, переданого по Для вимірювання часу розповсюдження корипотоку та проти потоку текучого середовища, ср2 сно використовувати ці два різні способи, а не та ср1 ВІДПОВІДНО означають акустичні зсуви по фаздійснювати усі вимірювання за допомогою лише зі, які виникають у кожному з акустичних сигналів одного тільки способу нуль-переходу, за умови що під час їх переміщення, a Fac означає частоту вкацей останній потребує більшої витрати енергії, ніж заних акустичних сигналів спосіб так званої обвідної Як можна бачити на фіг1, стадія а являє соЦей вираз витрати відповідає відношенню бою стадію, під час якої ультразвуковий сигнал першого члена, а саме 2ті [Fac (Т2 - Т1) ] + (ср2 передається з першого датчика, що знаходиться ср1), де [х] означає цілу частину х, до другого члена нижче по течи, на другий датчик, а час розповсюТ1Т2, який дорівнює добутку відрізків часу розподження (T1pz - ТО) цього ультразвукового сигналу всюдження визначається за допомогою способу так званого Перший член дорівнює, з одного боку, сумі 2ті нуль-переходу [Fac (Т2 - Т1) ], що визначає КІЛЬКІСТЬ ПОВНИХ періПодібним чином, ультразвуковий сигнал переодів, які знаходяться в інтервалі Т2 - Т1 між відріздається з другого датчика, що знаходиться вище ками часу розповсюдження, що являє собою припо течи, тобто проти потоку, на перший датчик, а близне вимірювання часу розповсюдження, а, з час розповсюдження (T2pz - ТО) цього сигналу другого боку, виразу (ср2 - ср1), який визначає різвизначається за допомогою такого ж способу, як і ницю акустичних зсувів по фазі, що виникли у кожу попередньому випадку ному сигналі На стадії b на основі отриманих значень (Т1 pz За умови, що Т1 = L / С - v та Т2 = L / С + v, де - ТО) та (T2pz - ТО) розраховують коефіцієнт, який с та v ВІДПОВІДНО означають швидкість розповсюповинен вважатися незмінним для певної КІЛЬКОСТІ дження акустичного сигналу та швидкість прохо"пакетів" (передач ультразвукових сигналів), КТ = дження газу, та у зв'язку з тим, що швидкість розК / (Т1 pz - ТО) (T2pz - ТО), де К = SL / 47iFac повсюдження залежить головним чином від температури, яка під час вимірювань мало змінюПід час передачі останніх пакетів підраховувається, то і член Т1Т2 для даного складу газу змівся об'єм газу V (п - 2) та вимірювалася витрата Q нюється мало і, ВІДПОВІДНО, його повторно підрахо(п - 2) Оскільки вважають, що витрата не змінювують з більш низькою частотою, ніж для першого ється з моменту передачі останніх пакетів, то у члена цьому випадку Q (п - 1) = Q (п - 2), а об'єм V (п - 2) прирощується на Q (п -1) At, де At означає відрізок Одначе, коли підраховують другий член, вимічасу, що проминув між двома послідовними пакерювання відрізків часу розповсюдження Т1 та Т2 тами в одному напрямку, а це дозволяє одержати здійснюють за допомогою способу, що відрізняприрощений об'єм V (п -1) = V (п - 2) + Q (п -1) At ється від способу, який використовують для виПараметру пер, який означає КІЛЬКІСТЬ вимірюзначення відрізків часу розповсюдження у першовань зсуву по фазі, здійснених з моменту останму члені нього вимірювання відрізків часу розповсюдження Фактично, у першому члені мають справу ли(T1pz - ТО) та (T2pz - ТО), надається значення ше з різницею відрізків часу розповсюдження, тобнуль то коли достатньо здійснити відносне вимірювання Стадія с являє собою дожидання часу At до цих відрізків (при приблизній сталій) Крім того, у наступної стадії цьому випадку необхідна невисока точність (приблизно декілька мікросекунд), оскільки інтерес Під час наступної стадії d ультразвуковий сигявляє увесь вираз Fac (Т2 - Т1) нал передають з першого датчика, що знаходиться нижче по течи, на другий датчик, а час розпоЗ другого боку, у другому члені мова йде про всюдження T1env цього сигналу визначається за абсолютного вимірювання відрізків часу розподопомогою способу обвідної, після чого здійснювсюдження і, ВІДПОВІДНО, одержана точність при ють вимірювання ультразвукового зсуву по фазі такому вимірюванні зводиться безпосередньо до ср1, який виник у вказаному сигналі під час його точності вимірювання витрати (тобто необхідно розповсюдження у газовому потоці між двома датуникати сталої похибки при цьому вимірюванні) чиками Наприклад, якщо шукана точність вимірюванПринцип вимірювання зсуву по фазі буде опиня витрати становить 1%, то точність вимірювання саний більш докладно нижче відрізків часу розповсюдження повинна становити Подібним чином, ультразвуковий сигнал пере0,5%, що відповідає похибці, яка не перевищує дають з другого датчика, що знаходиться вище по 2мкс для відрізків часу розповсюдження у газі при течи, на перший датчик, та визначають час розповідстані L між двома звичайними датчиками (навсюдження T2env цього сигналу, після чого здійсприклад 150мм у метані) нюють вимірювання ВІДПОВІДНОГО ультразвукового Таким чином, вираз витрати газу може бути зсуву по фазі ср2, який виник у вказаному сигналі записаний утакий спосіб Після виконання цієї стадії на стадії є провоQ = (SL / 47iFac) (2л [Fac (T2env - T1env) ] + (ср2 дять перевірку, щоб дізнатися чи параметр пер до- ср1) / (Т1 pz - ТО) (T2pz - ТО), 13 44806 14 рівнює нулю Якщо пер = 0, як було описано на одночасно піддають квантуванню з частотою кванстадії Ь, тобто якщо це стосується перших вимірютування та перетворенню у цифрову форму вань зсуву по фазі, здійснених з моменту останніх Під час стадії \, яка відповідає першій стадії вимірювань відрізків часу розповсюдження (Т1 pz здійснення синхронного детектування, квантоваТО) та (T2pz - ТО), то у цьому випадку визначають ний та перетворений у цифрову форму сигнал параметр Tref = (T1env + T2env) / 2, який означає підсилюють опорними сигналами, які мають відпосереднє значення відрізків часу розповсюдження, відну форму опорного синуса sin (wti - cpref) та опощо відповідають пакетам, переданим вище потечи рного косинуса cos (wti - cpref), причому обидва та нижче потечи (стадія f) мають однакову задану опорну фазу cpref З другого боку, якщо пер Ф 0, то переходять до Для N квантованих точок під час синхронного наступної стадії д, під час якої на основі попередетектування здійснюють такі розрахунки дніх вимірювань T1env, cp1, T2env, cp2 визначають ps = І a (ti) х sin (wti - cpref) перший член 2ті [Fac (T2env - T1env) ] + (ср2 - ср1) pc = I a (ti) x cos (wti - cpref) Потім, розраховують витрату газу Q (п) як доде a (ti) означає величину, одержану у точці і буток першого члену, що був нещодавно визначеквантованого сигналу ний, на член КТ, визначений на стадії b РозрахоПісля розрахунку членів ps та рс та виявлення ваний до цього моменту об'єм газу V (п - 1) їх відношення під час стадії \ проводять перевірку прирощують об'ємом Q (n) At, а саме V (п) = V (п одержаного значення відношення, з тим щоб пе1) + Q(n)At ревірити чи ps / рс менше заданого порогового Визначають параметр Tenv = (T1env + T2env) / значення, причому (ps / pc) max вибирають залеж2, який означає отримане середнє значення попено від точності, яку хочуть отримати для вимірюредніх відрізків часу розповсюдження, що ВІДПОВІвання витрати (стадія гп) ДНО вимірювалися згідно з пакетами, переданими Якщо ps / рс > (ps / pc) max, то це означає, що вище по течи та нижче по течи, а параметр пер розрахунок арктангенса відношення ps / рс, срегг прирощують (1), який дорівнює (ср1 (1) - cpref), де ср1 (1) означає Стадія h полягає в очікуванні часу At перед ультразвукову фазу квантованого сигналу, не монаступною стадією же прирівнюватися до ps / pc (Arctgx = х) Після Під час стадії \_ здійснюють перевірку кожного цього необхідно розрахувати арктангенс (стадія д), із двох параметрів пер та Tref, з тим щоб дізнатися, з тим щоб одержати величину фазової різниці між з одного боку, чи пер досягає заданої максимальної фазою квантованого сигналу та опорною фазою КІЛЬКОСТІ пфгпах вимірювань зсуву по фазі та, з срегг (1) = Arctg (ps / рс) другого боку, чи /Tenv - Tref/ перевищує заданий З другого боку, якщо ps / рс < (ps / pc) max, то поріг ДТтах може бути здійснена апроксимація Arctg х = х і тоді Друга умова була встановлена для того, щоб величина різниці фаз між фазою квантованого перевірити чи спостерігаються у середовищі розсигналу та опорною фазою визначається виразом повсюдження раптові зміни, які викликаються, насрегг (1) = ps / рс (стадія о) приклад, характером газу або температурою У цьому випадку це значить, що різниця фаз Якщо жодна з цих двох умов не задовольняміж фазою квантованого сигналу та опорною фається, то це значить, що поріг nepmax не був досягзою наближається до нуля з бажаною точністю, нутий і що середовище розповсюдження не зазнаяка визначається порогом ps / рс ло раптових змін У цьому випадку знову Необхідно відзначити, що коли стадії, показані здійснюють стадії d -\_3 другого боку, якщо задона фіг 2, відповідають першій ітерації, то можливольняється принаймні одна із цих умов, то повтово, що визначення срегг приведе до розрахунку рно здійснюють стадії а - [ арктангенса відношення ps / рс Зараз буде описаний принцип вимірювання Під час першої ітерації стадія £ У загальних зсуву по фазі з посиланням на фіг 2, на якій покарисах зводиться до запису у вигляді ср1 (1) + cpref = зані різні стадії способу вимірювання згідно з ви- cperr (1) находом і які включені у стадію d, показану на фіг Наступна стадія g визначає програмований 1 зсув по фазі, виражений у формі затримки хр (1), Для вимірювання ультразвукового зсуву по який зв'язаний з величиною ультразвукового зсуву фазі, який виникає в ультразвуковому сигналі у по фазі, отриманою раніше за допомогою синхрозв'язку з його розповсюдженням у газовому потоці нного детектування хр (1) = срегг (1) 27iFac між двома датчиками, застосовують ПОСЛІДОВНІ Згідно ІЗ стадією г, програмована затримка хр ітерації, одна із яких показана на фіг 2, причому ці (1) вводиться між стадією передачі та стадією синітерації застосовуються для кожного ультразвукохронного детектування, з тим щоб розподілити цю вого "пакету", що передається в одному напрямку затримку у наступному ультразвуковому сигналі, розповсюдження ПОСЛІДОВНІ ітерації застосовують який буде переданий у тому ж самому напрямку паралельно для двох напрямків розповсюдження, розповсюдження але незалежно для кожного напрямку Для ітерації порядку п ультразвуковий сигнал Для ітерації порядку 1, коли з одного із датчипередають у тому ж самому напрямку розповсюків був переданий ультразвуковий пакет, напридження, що і сигнал, переданий під час ітерації клад у напрямку вниз проти потоку (стадія |) то порядку п - 1 (стадія |), після чого до початку синультразвуковий сигнал, у якому повинен вимірятихронного детектування (стадії | -о) його піддають ся ВІДПОВІДНИЙ ультразвуковий зсув по фазі, приквантуванню та перетворюють у цифрову форму ймають на іншому датчику (стадія к) Під час стадії k збору інформації цей сигнал 15 44806 16 Під час стадії | виконують такі операції (синщо він дозволяє скоротити час на розрахунки та їх хронного детектування) об'єм і тим самим обмежує витрату енергії ps = I a [ti + хр (п -1) ] х sin (wti - cpref) Це особливо корисно тоді, коли вимірювання витрати текучого середовища здійснюється за рс = І a [ti + тр (n -1) ] х cos (wti - е ref), р допомогою лічильника, оснащеного батарейками, де хр (п - 1) означає програмовану затримку, враховуючи що строк служби цих батарейок таким розраховану під час попередньої ітерації порядку чином збільшується п - 1 і застосовану до сигналу, який був підданий Приведена як приклад електронна схема 10, обробці під час поточної ітерації порядку п, між яка використовується для реалізації способу згідно стадією передачі цього сигналу та стадією синхроз винаходом, схематично показана на фіг 5 Поканного детектування зана на цій фігурі схема 10 використовується, з Згідно ІЗ стадіями | та гп, та як пояснювалося одного боку, для електричного живлення різних раніше, розраховують відношення ps / рс і роблять функціональних блоків, які будуть описані далі у порівняльну перевірку значення цього відношення тексті, та, з другого боку, для управління способом відносно порогового значення (ps/ pc) max вимірювання витрати газу згідно з винаходом В залежності від випадку (стадія о або д) розЯк показано на цій фігурі, два ультразвукових рахунок виконують за допомогою апроксимації датчика 12, 14, що працюють на частоті 40кГц, (Arctgx = х) або обчислення арктангенса срегг (п), розташовані у трубі 16, по якій протікає газ, таким який дорівнює різниці фаз між фазою сигналу, чином, що їх лицьові сторони обернені одна до квантованого під час ітерації порядку п, та фазою одної опорного сигналу Ці два датчика з'єднані з комутаційним блоком Значення ультразвукового зсуву по фазі, 18, який дозволяє використовувати кожний датчик отримане за допомогою синхронного детектування по черзі як передавач та приймач під час ітерації порядку n, cp1 (n) - cpref, визначають З цим блоком 18 з'єднані два блоки, один з під час стадії £, з одного боку, сумою різниці фаз яких є блок 20 передачі, а другий - блок 22 присрегг (п) між фазою сигналу, квантованого під час ймання Блок 20 містить операційний підсилювач ітерації порядку п, та фазою опорного сигналу, та, та перетворювач із цифрової форми в аналогову з другого боку, програмованим зсувом по фазі ітеСхема 10 містить джерело 24 електричної рації порядку п - 1 , 27iFacxp (n -1), а саме енергії та блок 26 управління живленням електриср1 (n) + cpref = - cperr (n) - 27iFacxp (n -1) чною енергією, який з'єднаний з комутаційним Згідно ІЗ значенням одержаного ультразвукоблоком, блоками передачі та приймання, а також з вого зсуву по фазі визначають нову програмовану мікроконтролером 28, що містить кварцовий генезатримку хр (п), зв'язану з цим значенням ратор ЗО, частота Fq якого становить, наприклад, хр (n) = (-cp1 (n) - cpref) / 27iFac (стадія g) 3,84МГц, арифметико-лопчний пристрій, блок, і цю затримку застосовують до наступного який задає ПОСЛІДОВНІСТЬ, ЗПДВ (запам'ятовуючий ультразвукового сигналу між стадією передачі та пристрій з довільною вибіркою) з енергонезалежстадією синхронного детектування (стадія г), заною пам'яттю типу МЕМ1, ПЗП (постійний запам'явдяки чому стадія синхронного детектування ітетовуючий пристрій) з енергозалежною пам'яттю рації порядку п + 1 визначає різницю фаз срегг (п + типу МЕМ2 та декілька ЛІЧИЛЬНИКІВ С1 - СЗ 1) між фазою сигналу, квантованого під час ітераРІЗНІ команди, які відповідають стадіям спосоції порядку п + 1, та опорною фазою, яка наскільки бу згідно з винаходом, показані на фігурах 1 та 2, це можливо наближається до нуля знаходяться у пам'яті МЕМ2 Коли значення срегг (п + 1) наближається наБлок 22 приймання містить підсилювач 32, скільки це можливо до нуля, то можна здійснити з'єднаний з комутаційним блоком 18, який підсиапроксимацію Arctgx = х і тоді срегг (п + 1) = ps / рс лює електричний сигнал, що відповідає одержаЦе означає, що значення ультразвукового зсуному ультразвуковому сигналу, перетворювач 34 ву по фазі ср1 (п + 1) + cpref приблизно дорівнює цифрової форми в аналогову, який здійснює однопрограмованому зсуву по фазі 27iFacxp (n), засточасне перетворення вказаного сигналу у цифрову форму та його квантування, ЗПДВ типу МЕМЗ з сованому під час ітерації порядку п до найближчоенергонезалежною пам'яттю, у якій зберігаються го члена ps/ рс квантовані величини, 8-ми розрядну схему переПроцес поступових ітерацій, застосований для рахування 36, яка управляє адресами запису у вимірювання ультразвукових зсувів по фазі, покапам'яті МЕМЗ з постійною частотою, що визначазаний на фіг 3, який виражає зсув по фазі як функється подільником частоти генератора, який знацію часу, і таким чином підтверджує, що під час ходиться у блоці 38 синхронізації, з'єднаним з мікдвох послідовних ітерацій можна задовольнити роконтролером 28 Цей блок 38 дозволяє умову, яка висловлена під час стадії m (фіг 2), а синхронізувати стадію квантування одержаного саме про заміну стадії д стадією о, тим самим усусигналу ваючи розрахунки арктангенса відношення ps / рс Блок 22 приймання, з'єднаний з виходом підНа фіг 4 представлені цифрові значення ульсилювача 32, також містить двопівперюдну схему тразвукового зсуву по фазі для приклада, показа40 випрямлення, яка складається, наприклад, з ного на фіг 3, a (Fac / Fq) 360° означає розділювадюдного моста, фільтра 42 нижніх частот, з'єднальну здатність, обумовлену квантуванням ного зі схемою випрямлення, компаратора 44 поУ цьому прикладі розділювальна здатність рогових значень, з'єднаного з вказаним фільтром складає 3,75°, за умови що Fac = 40кГц, a Fq = та з 16-ти розрядним регістром СО мікроконтро3,84МГц лера Отже, перевага цього способу полягає утому, 17 44806 18 Регістр С2, який є частиною мікроконтролера, тразвукових сигналів у протилежних напрямках під попередньо завантажений, з тим щоб починати час стадії а за допомогою способу нуль-переходу виявлення точок квантування 16-ти розрядний здійснюють вимірювання ВІДПОВІДНИХ відрізків часу лічильник СЗ управляє блоком 38 синхронізації (T1pz - ТО) та (T2pz - ТО) розповсюдження кожноЦей лічильник СЗ підраховує час, що минув з го із цих сигналів початку передачі ультразвукового сигналу з одноКоманди, які дозволяють здійснювати ці виміго із датчиків 12, 14 Вміст регістра С2 порівнюєтьрювання знаходяться у енергозалежній пам'яті ся із значенням, одержаним лічильником СЗ під МЕМ2 мікроконтролера 28 час кожного позитивного фронту сигналу синхроніФіг 6 ілюструє спосіб вимірювання за допомозації гою нуль-переходу, здійснюваного відносно кожного одержаного ультразвукового сигналу ОдержаКоли вміст лічильника СЗ досягає значення, ний сигнал підсилюють підсилювачем 32, яке міститься у регістрі С2, блок 32 синхронізації показаним на фіг 5, а потім одночасно перетвогенерує сигнал з частотою Fe квантування, що рюють у цифрову форму та піддають квантуванню посилається на перетворювач 34 у перетворювачі 34 Квантування здійснюється з Як пояснювалося вище з посиланням на фіг 2, частотою Fe, яка дорівнює, наприклад, 8Fac, або програмований зсув по фазі вводиться у кожний 320кГц ультразвуковий сигнал, переданий між двома ультразвуковими датчиками Цей зсув по фазі, вираКоманди, які містяться у пам'яті МЕМ2, дозвожений у формі затримки, може бути застосований ляють порівнювати величини амплітуди сигналу, до сигналу на вибір між стадією передачі сигналу одержаного у квантованих точках, та які зберігата стадією синхронного детектування, що робить ються у енергонезалежній пам'яті МЕМЗ, у формі цей спосіб надзвичайно гнучким у використанні заданої величини, що відповідає пороговій величині S, і серед величин амплітуди квантованих Таким чином, можна вводити програмовану точок шукають наступну першу точку А, величина затримку в одержаний сигнал під час його квантуамплітуди якої більша за порогову величину вання На фіг 8 ілюструється ця можливість Програмована затримка може бути також ввеПочинаючи з цієї точки шукають наступний педена у сигнали синуса та косинуса, які використорехід через нуль кривої, яка характеризує ультравуються під час синхронного детектування Цей звуковий сигнал Щоб здійснити це, визначають дві варіант на фігурах не показано ПОСЛІДОВНІ квантовані точки В та С, що обрамовують точку, у якій амплітуда кривої проходить через Програмовану затримку можна також розділинульове значення, та відомим способом виконують ти на дві додаткові затримки, кожна із яких ввоміж точками В та С прямолінійну інтерполяцію з диться у сигнал під час окремої стадії способу метою визначити точку D і тим самим виміряти час між стадією передачі сигналу та стадією синхронуль-переходу (Т1 pz - ТО) нного детектування Щоб визначити яку додаткову затримку потріТакож можна знайти останній перехід через бно застосувати під час конкретної стадії способу, нуль кривої, яка характеризує ультразвуковий сигпрограмовану затримку піддають діленню Евкліда нал до того, як крива перейде порогову величину, відносно модуля розділювальної здатності приВеличини (T1pz - ТО) та (T2pz - ТО) вимірюють строю програмованого зсуву по фазі, який застозгідно з цим способом (стадія а) та зберігають у совується під час вказаної стадії способу пам'яті МЕМ1 мікроконтролера, а потім, як пояснювалося раніше, виконують стадії Ьта с, показані Таким чином, як показано на фіг 10, програна фіг 1 мована затримка розділяється на дві додаткові затримки, одна із яких вводиться під час стадії Під час стадії b арифметико-лопчний пристрій квантування у сигнал, що піддається квантуванню, мікроконтролера 28 виконує розрахунки і значення а друга вводиться під час стадії синхронного детеКТ прирощеного об'єму газу та параметра пер нактування у опорний синус та косинус копичуються у пам'яті МЕМ1 Як показано на фіг 11, програмована затримПід час стадії d посилають два ПОСЛІДОВНІ пака може також вводитися під час стадії передачі у кети у протилежних напрямках і для кожного ультсигнал передачі развукового сигналу, переданого в одному напрямку, вимірюють, за допомогою способу обвідної, Фіг 13 також ілюструє іншу можливість здійсчас розповсюдження вказаного сигналу Tenv, a нення операції гетеродинування одержаного сигтакож ВІДПОВІДНИЙ ультразвуковий зсув е по фазі р налу Отже, одержаний сигнал змішують із сигнаФіг 7 ілюструє спосіб вимірювання за допомогою лом змішування, у який вводять програмовану обвідної затримку, з тим щоб отримати змішаний сигнал, частота якого менша частоти одержаного сигналу Як показано на фіг 7, коли один із датчиків, Шляхом розділення програмованої затримки наприклад датчик 12, одержує ультразвуковий на дві, а фактично і більше, ніж на дві додаткові сигнал, то цей сигнал перетворюється в електричзатримки, можна створити велику КІЛЬКІСТЬ комбіний сигнал, який підсилюють підсилювачем 32, націй між різними стадіями, під час яких вводять випрямляють у схемі 40 випрямлення та фільтрудодаткові програмовані затримки квантування, ють за допомогою фільтра 42 нижчих частот з месинхронне детектування, передача, гетеродинутою створення обвідної одержаного сигналу вання Пороговий компаратор 44 використовується для аналізу переходу кривої, яка характеризує Далі згідно з винаходом дається опис варіанта обвідну одержаного сигналу, через задане порогореалізації способу вимірювання витрати газу з ве значення, що відповідає регульованій пороговій посиланням на фіг 1, 2, 5, 6, 7, 8 та 9 напрузі Vs Як показано на фіг 1, після передачі двох уль 20 19 44806 Вихідний сигнал компаратора 44 подається на пір, поки не буде досягнута задана величина регісвхід"І_оасГ (навантаження) 16-ти розрядного регістра (діаграма 2 на фіг 9) Декодувальний пристрій тра CO Цей регістр збирає дані про вміст лічиль(не показаний) безперервно порівнює величину, ника СЗ, коли вихід компаратора 44 змінює стан отриману лічильником СЗ, з величиною, яка місОтже, регістр CO містить дані про момент, у який титься у регістрі С2 обвідна ультразвукового відбитого сигналу пересіЦя величина регістра С2 фактично являє сокає порогову напругу Vs Ця величина дозволяє бою програмовану затримку хр (п - 1), яку визнатаким чином визначити відрізок часу розповсючають під час попередньої ітерації порядку п - 1 дження T1env або T2env, який входить до складу способу та застосовують до сигналу квантування формули, що виражає витрату газу, тому що лічи(фіг 8) льник СЗ встановлюється на нуль на початку ульОдночасно з підрахунком, здійснюваним лічитразвукової передачі льніком СЗ, сигналом збудження з частотою Fq / Ультразвуковий зсув по фазі, який виникає під 96 збуджується один із датчиків і генерує ультрачас розповсюдження цього ультразвукового сигзвуковий сигнал, що розповсюджується у газі та налу, визначають згідно зі стадіями, показаними досягає другого датчика, зазнавши впливу ультрана фіг 2, з посиланням на фіг 8 та 9, і поміщають звукового зсуву по фазі ер, який виник під час розяк частину ітерації порядку п запропонованого повсюдження винаходом способу В цей момент лічильник СЗ досягає запрограОтже, як показано на фіг 9, сигнал передачі мованої величини хр (п -1) регістра С2 і сигнал CY створюється м ікро контроле ром шляхом ділення набуває значення 1, блоки ділення D1, D2 перехочастоти Fq генератора з метою отримання сигналу дять у стан 0 і вивільняється сигнал квантування з з частотою Fac = 40кГц, який збуджує один із датчастотою Fe чиків Другий датчик одержує сигнал, який має Частота цього сигналу дорівнює Fq / 24, коли сповільнений хід у правій частині діаграми 1 фіг 9 сигнал Tzc, який посилають із мікроконтролера 28, З посиланням на фіг 8, коли сигнал Тх, який має значення 0 створюється у арифметико-лопчному пристрої З другого боку, коли відрізки часу розповсюмікроконтролера 28, переходить у стан 1, то сигдження вимірюють за допомогою способу нульнал синхронізації з частотою Fq звільнюється логіпереходу, то сигнал Tzc має значення 1, а сигнал чним вентилем "І" і, з одного боку, надходить на на виході логічного вентиля "АБО" має частоту, лічильник СЗ, а, з другого боку, на лічильник С1 рівну Fq /12 через блок 38 синхронізації, який позначений пунСигнал з частотою Fe, генерований блоком 38 ктирними ЛІНІЯМИ синхронізації, посилають на вхід логічного вентиля Сигнал синхронізації, який надходить на С1, "І", причому із лічильника СЗ на інший вхід цього спочатку посилають на ЛІЧИЛЬНИК-ПОДІЛЬНИК D1 вентиля надходить сигнал CY Коли сигнал CY частоти на 12, що фактично складається із чотипереходить у стан 1, сигнал з частотою Fe надхорьох схем типу FF (тригери), які послідовно ділять дить до лічильника 36 та логічний інвертор 50, частоту Fq генератора синхронізації на 3,2 та 2 вихідний сигнал якого надходить на перетворювач 34 Вихідний сигнал лічильника D1 надходить на "переключення", утворене кількома логічними венНа позитивному фронті сигналу квантування тилями "І" та "АБО", а також на ЛІЧИЛЬНИКздійснюють перетворення електричного сигналу, ПОДІЛЬНИК D2 частоти на 2, який складається з одякий відповідає ультразвуковому сигналу, одержанієї тригерної схеми FF ному та обробленому блоком 32, і величини переВихідний сигнал лічильника D2 потім посилатвореного та квантованого сигналу записують у ють на лічильник - подільник С1 частоти на 4, запам'ять МЕМЗ на адресу, яка знаходиться у лічивдяки чому на виході цього лічильника можна льнику 36 отримати частоту Fq / 96, а також подають на один На негативному фронті сигналу квантування, із входів логічного вентиля "І" адреса запису якого знаходиться у лічильнику 36, 4-х розрядний лічильник С4, який не входить прирощується на 1 до складу мікроконтролера 28, з'єднаний з іншим Коли усі адреси лічильника 36 заповнені, ставходом цього логічного вентиля та із лічильником дія квантування припиняється внаслідок вивільС1 Вказана схема С4 попередньо завантажена нення сигналу, який вимушує сигнал Тх перейти у усталеною величиною, яка відповідає КІЛЬКОСТІ стан 0 періодів бажаного сигналу збудження, наприклад 8 Необхідно сказати, що визначення часу розперіодам, а логічний вентиль "І" дозволяє сигналу повсюдження Tenv здійснюється одночасно з пезбудження з частотою Fq / 96 (= 40кГц) проходити ретворенням та квантуванням одержаного сигдо тих пір, поки лічильник С4 не закінчить рахуналу вання у зворотному напрямку З тим щоб зменшити витрату енергії, частота Коли лічильник С4 повертається до нуля, сигквантування вибирається рівною 4Fac Величини нал збудження блокується сигналів опорного синуса та косинуса, які зберігаКоли сигнал Тх становить 1, то лічильник СЗ ються у енергозалежній пам'яті МЕМ2, становлять отримує сигнали -1,0, + 1,0, - 1,0, + 1, , що пояснюється вибором Регістр С2 завантажений до заданої величини, частоти Fe квантування яка відповідає розрахунку часу розповсюдження Отже, під час розрахунків, здійснюваних на ультразвукового сигналу між двома датчиками стадії |, розрахунки ps та рс зводяться до простого Лічильник СЗ здійснює підрахунок з частотою Fq додавання, внаслідок чого зменшується об'єм розгенератора з моменту отримання сигналу і до тих рахунків та витрата енергії 22 21 44806 У блоці 46 синхронного детеїсгування, який зоFq) 360° / 27iFac, де (Fac / Fq) 360° означає роздібражений символічно на фіг 8, здійснюють також лювальну здатність програмованої затримки стадію гп фіг 2, з тим щоб визначити величину відПодібним чином, додаткова програмована заношення ps / рс та порівняти її з (ps / pc) max тримка хгр (п), застосована у величинах опорного Потім виконують розрахунки величини срегг (п), синусу та косинусу, дорівнює k (Fac / Fe) 360°, де (Fac / Fe) 360° означає розділювальну здатність, яка являє собою фазову різницю між фазою кванобумовлену квантуванням тованого сигналу під час ітерації порядку п та фазою опорного сигналу (стадії д або о фіг 2) На Наприклад, якщо величина ультразвукового |Г основі цієї величини арифметично-логічний призсуву по фазі, отриманого на стадії £ (Ф 2) спострій мікроконтролера розраховує програмовану собу, становить 194°, то її можна розкласти у такий спосіб затримку хр (п), яка повинна бути записана у регістр С2 (стадії 2, Я., і) з тим щоб заздалегідь зава194° = m (Fac / Fq) 360° + k (Fac / Fe) 360° нтажити його до величини хр (п) (період рахунку у Виходячи з того, що Fe = 4Fac, a Fac = Fq / 96, зворотному напрямку) отримують такий вираз 194° = mx3,75°+ к х 90° Ця затримка не відповідає точному відношенабо, фактично, 194° = 3 х 3,75° + 2 х 90° + ню (-ер (n) - cpref) / 27iFac, оскільки вона враховує 2,75°, де останній член 2,75° є залишком, який розділювальну здатність програмованої затримки являє собою похибку синхронізації фаз Під час наступної ультразвукової передачі У регістрі С2 можна також використовувати (ітерація порядку п + 1), здійснюваної у тому сапостійну оцінку часу акустичного розповсюдження, мому напрямку розповсюдження, що і передача, до якого додають затримку хер (п) = 3 х 3,75° / відповідна ітерації порядку п, яку описували рані27iFac, або хгр (п) = 3 / Fq, що відповідає трьом ше, програмована затримка хр (п), що була визнафронтам синхроімпульсів квантування з частотою чена, записується у регістр С2, з тим щоб стадія Fq, а до величин опорного синуса та косинуса досинхронного детектування, яка здійснюється під дають затримку хгр (п) = 2 х 90° / 27iFac, або хгр (п) час ітерації порядку п + 1, визначала фазову різ= 2 / Fq, що відповідає двом фронтам синхроімпуницю срегг (п + 1) між фазою квантованого під час льсів квантування цієї ітерації сигналу та опорною фазою, яка повинна бути менша, ніж порогова величина (ps / рс) На фіг 11 та 12 показаний другий варіант реалізації винаходу За допомогою цих фігур будуть max описані тільки ті стадії способу, які дозволяють Коли ця умова задовольняється, то срегг (п + 1) визначити ультразвуковий зсув по фазі = ps / рс і нема необхідності розраховувати арктаЯк показано на фіг 11 та 12, для ітерації понгенс відношення ps / рс рядку п способу сигнал передачі, який призначеУ цьому випадку ультразвуковий зсув по фазі ний для збудження датчика з метою генерування дорівнює програмованому зсуву по фазі ітерації ультразвукового сигналу передачі, формується порядку n, 27iFacxp (n), у найближчому члені срегг мікроконтролером 28 за допомогою лічильника(п + 1) (цей член являє собою дуже малу величину подільника С1 частоти, який ділить частоту Fq за умови апроксимації Arctgx = х) генератора ЗО на 96, щоб отримати сигнал переНа фіг 10 зображений перший варіант реалідачі з частотою Fac = 40кГц зації винаходу У цьому варіанті порядок реалізації Цей сигнал передачі генерується на основі сирізних стадій залишається незмінним у порівнянні гналу синхронізації з частотою Fq, який посилають з порядком, який був описаний вище з посиланням на один вхід першого логічного вентиля "І", а інший на фіг 2, 8 та 9, за винятком застосованих стадії вхід приймає сигнал Тх, що приходить з арифмесинхронного детектування та стадії визначення тико-лопчного пристрою мікроконтролера 28 програмованої затримки Вихідний сигнал цього логічного вентиля поФактично, під час ітерації порядку п, коли фаступає на один вхід другого арифметико-лопчного зова різниця срегг (п) між фазою сигналу, квантовапристрою "І", вихідний сигнал якого подається на ного під час цієї ітерації, та опорною фазою, неблок D1 ділення частоти, який вже був описаний з щодавно визначена за допомогою розрахунків посиланням на фіг 8 арктангенса (стадія д) або апроксимації (стадія о), Вихідний сигнал першого логічного вентиля програмована затримка хр (п), отримана за допотакож подається, з одного боку, на лічильник С5, могою розрахунків (стадії £ та д), розділюється на який з'єднаний з регістром С6, а, з другого боку, на дві додаткові програмовані затримки хер (п) та лічильник СЗ, з'єднаний з регістром С2 хгр (п) Коли сигнал Тх переходить у стан 1, лічильник Ці ДВІ додаткові затримки ВІДПОВІДНО застосоС5 отримує сигнали вуються в регістрі С2 для квантування та в таблиці Регістр С6 попередньо завантажений до заданакопичених величин +1,0, - 1,0, + 1 в енергозаної величини, яка відповідає програмованій затрилежній пам'яті МЕМ2, які відповідають опорному мці хр (п -1), що визначається під час попередньої синусу та косинусу ітерації порядку п -1 Кожна із цих додаткових затримок визначаєтьЯк тільки лічильник С5 отримує сигнал, він ся в результаті здійснення ділення Евкліда пропідраховує КІЛЬКІСТЬ фронтів синхронізації (діаграграмованої затримки хр (п) по модулю, з одного ма 1 фіг 12) до тих пір, поки не досягне КІЛЬКОСТІ Fq боку, на частоту квантування та, з другого боку, на хр (п -1), рівної, наприклад, 10 розділювальну здатність програмованої затримки Ця КІЛЬКІСТЬ фронтів синхронізації відповідає Отже, додаткова програмована затримка хер зсуву по фазі, рівному 10 х (Fac / Fq) х 2л, або (п), застосована у регістрі С2, дорівнює m (Fac / 23 24 44806 37,5° дають на фільтр 54 низьких частот, з тим щоб усунути подвійну частоту в (40 + 39)кГц, або 79кГц Дешифратор безперервно порівнює величину, якої досяг лічильник С5, з величиною, що міститьУ такий же самий спосіб, як було описано з пося у регістрі С6 Коли досягається ця КІЛЬКІСТЬ, силанням на фіг 11, у КІНЦІ заданого визначеного сигнал CY5 переходить у стан 1 (діаграма 2 фіг 6а) відрізку часу, вибраного згідно з оцінкою часу розі вивільняється сигнал синхронізації з частотою Fq повсюдження ультразвукового сигналу, звільняється сигнал квантування і з частотою Fe, рівною Точно таким же чином, як описано з посиланнаприклад 4кГц, здійснюється квантування гетеням на фіг 8, генерують та збуджують один із датродинованогота фільтрованого сигналу чиків за допомогою сигналу передачі з частотою Fac = Fq / 96, або Fac = 40кГц Потім ЗДІЙСНЮЮТЬ стадії синхронного детектування накопичених величин сигналу, квантованого Після збудження одного із датчиків з цього дау ВІДПОВІДНОСТІ зі стадіями, показаними на фіг 2 тчика на другий датчик послідовно передається ультразвуковий сигнал, який приймається цим Потім ЗГІДНО З фазовою різницею срегг (п) між останнім та перетворюється в електричний сигнал, фазою сигналу, квантованого під час ітерації пощо підсилюється до початку одночасного квантурядку п, та опорною фазою визначають програмовання та перетворення у цифрову форму у вану затримку хр (п) та застосовують и у лічильниЦАП34 ку-подільнику С7 частоти під час наступної ітерації порядку п + 1 для передачі ультразвукового сигОдночасно з переходом сигналу Тх у стан 1 налу у тому ж самому напрямку розповсюдження лічильник СЗ рахує до тих пір, поки не досягне постійної величини, яка міститься у регістрі С2 Ця З тим щоб зменшити витрату енергії під час постійна величина визначається залежно від оцінреалізації способу згідно з винаходом з будь-якою ки часу розповсюдження ультразвукового сигналу частотою квантування, частота квантування Fe Коли досягається величина, яка міститься у встановлюється рівною величині 4Fac регістрі С2, сигнал CY3 переходить у стан 1, устаПри цій частоті величини опорного синусу та новлює на нуль блоки ділення D1 та D2, з тим щоб косинусу, накопичені у енергозалежній пам'яті звільнитися від фазової невизначеності, зв'язаної МЕМ2, зберігають значення + 1,0, - 1,0, + 1, , що з програмованою затримкою, уведеною на стадії дозволяє обійтися без операцій множення під час передачі, та вивільняє сигнал квантування з часстадії | синхронного детектування (фіг 2) тотою Fe, як вже було описано з посиланням на Це ілюструється верхньою кривою на фіг 14, фіг 8 на якій точки являють собою величини опорного Лічильник 36, який знаходиться за межами місинуса та косинуса, коли квантування здійснюєтькроконтролера 28, генерує адреси запису у енерся з частотою 4Fac гонезалежній пам'яті МЕМЗ для зберігання велиЗавдяки тому, що величина частоти Fe встачин квантованого сигналу новлюється рівною 4Fac / 2п + 1, де п не дорівнює Усі наступні стадії, зв'язані з синхронним детенулю (додаткове квантування), величини + 1,0, ктуванням вже були описані з посиланням на фіг 2 1,0, + 1, також зберігаються, а витрата енергії та 8 і залишаються незмінними, не говорячи про зменшується програмовану затримку, яку записують у регістр Ця частота квантування може використовуваС6, що використовується під час стадії передачі тися у варіантах, показаних на фіг 8, 10 та 11 замість стадії квантування Для частоти Fe, рівної 4Fac / 3, (п = 1), одерТретій варіант, який ілюструється на фіг 13, жують величини опорних синуса та косинуса, які має перевагу тоді, коли бажають зменшити об'єм представлені точками нижньої кривої фіг 14 розрахунків, а, отже, і витрату енергії на реалізаОдначе, частота квантування є обмеженою, а цію способу Згідно З ЦИМ варіантом сигнал переце означає, що 2п + 1 не може приймати будь-яке дачі збуджує один із датчиків, який генерує ультзначення развуковий сигнал у напрямку другого датчика Фактично, якщо у частотному спектрі квантоСигнал, який зазнав впливу ультразвукового зсуву ваного сигналу ширина між двома послідовними по фазі і який належить визначити, приймається ЛІНІЯМИ цього сигналу менша, ніж ширина його другим датчиком, перетворюється на електричний смуги, то у вимірювання фази вводиться похибка, сигнал та підсилюється обумовлена згортанням спектру Під час ітерації порядку п ЛІЧИЛЬНИК-ПОДІЛЬНИК В результаті, частота квантування Fe не може С7 частоти, який знаходиться за межами мікроконприймати значення, для якого ширина смуги сигтролера, попередньо завантажується згідно з проналу більша, ніж ширина між двома послідовними грамною затримкою хр (п - 1), яка була визначена ЛІНІЯМИ квантованого сигналу під час попередньої ітерації Таким чином, наприклад, якщо частота ультКоли рахунок у зворотному напрямку закінчуразвукового сигналу становить ЮОкГц, а ширина ється, ця схема вивільняє сигнал змішування прясмуги становить 10кГц, то різниця 2Fac / 2n + 1 між мокутної форми з частотою Fq / 98, яка майже додвома послідовними ЛІНІЯМИ повинна бути більрівнює Fac (напр 39кГц), одержаній в результаті шою за ЮкГц, в результаті чого встановлюється ділення частоти Fq генератора межа 2п + 1 < 20 Отже, частота Fe перевищує 20кГц Сигнал змішування та підсилений електричний сигнал, одержаний на основі ультразвукового сигНеобхідно нагадати, що частота Fe квантуналу, вводяться у змішувач 52 типу транзисторновання, рівна 4Fac / 2п + 1 при п Ф 0, може також го містка використовуватися для зменшення витрати енергії Після гетеродинування одержаний змішаний у відомому способі ультразвукового вимірювання сигнал, який має частоту, зменшену на 1 кГц, повитрати текучого середовища, під час реалізації 25 44806 26 якого акустичний зсув по фазі визначають синхроТас), отримують / \ /„ / ,\,„, \ 4До со$(4лтр(п -1) ІТас\е(2лт(и-і) І Тас) нним детектуванням без уведення будь-якого про