時差式超聲流量計環(huán)鳴法測量的研究

該方法中，當(dāng)換能器T1發(fā)射聲信號，在換能器T2收到信號的時刻，令T1再次發(fā)射聲信號，而T2再次接收，這樣如此循環(huán)發(fā)射、接收N次。通過測量記錄下N次測量的總時間∑t正。然后，再令T2發(fā)射，T1接收，經(jīng)過N次如此循環(huán)就可得到逆向發(fā)射總時間∑t逆。這時讓順逆流兩個總的時間作差，可以得到總時間差∑Δt?！痞這個量比起單次測量時，它已經(jīng)擴大了2N倍。由測量帶來的誤差經(jīng)過了N次累加后，其均值則向零靠近，使得測量精度提高了倍。此時這個值就較容易測量，從而得到想要的流量數(shù)據(jù)。

環(huán)鳴法要解決的幾個重要問題

精確捕捉計時點

新測量方法用具有半個周期的正弦脈沖去激勵換能器。由于換能器是一個窄帶系統(tǒng)，在電脈沖的激勵下，發(fā)射和接收的聲信號都是較短的、有正弦填充的、具有鐘形包絡(luò)的脈沖信號，如圖3所示。本文選用沖擊信號作發(fā)射源，信號持續(xù)時間短，因此比較適合細管徑的輸液管道測量。

正弦函數(shù)在過零點處斜率最大。如果把回波的某個正弦周期的過零點檢測出來，回波時間的測量精度將極大提高。從總方框圖可知，過零點的檢測電路是由過零比較器、電平比較器、單穩(wěn)2電路和與門電路等組成。其波形和信號之間的邏輯關(guān)系在圖3中可以清楚地看到。

從圖3可以看出，得到這個計時點立刻觸發(fā)單穩(wěn)1電路以獲得發(fā)射同步信號。

信號門

接收信號中并不是只有從T1到T2在液體中傳播的聲信號，還有T1到T2沿管壁傳播的聲信號。在獲得精確計時點時，較高的信號過電平比較器后送出的第一個脈沖對測量是不必要的。因此，在做數(shù)字信號處理的時候，只能把電平比較器送出的第一個脈沖放行，其他信號將被信號門過濾掉。不同管徑的輸液管道，聲信號的傳播時間是不同的。因此，信號門的位置也不同。本設(shè)計中采用了信號門計數(shù)器，用數(shù)據(jù)裝訂的辦法改變信號門的位置。從總框圖中可以看到，信號門電路是由可預(yù)置的同步計數(shù)器、RS觸發(fā)器等電路組成。由發(fā)射同步信號觸發(fā)RS觸發(fā)器置0，封鎖其后的脈沖，然后由計數(shù)器的進位脈沖在信號到來之前將RS觸發(fā)器置1，開門等待接收信號，如圖4所示。

計時電路

計時電路是由時間計數(shù)器、計次計數(shù)器、RS觸發(fā)器和與門等電路組成。發(fā)射同步信號是計時、計次的核心。如圖5所示，第一個發(fā)射同步信號是由計算機通過“計4”發(fā)出的，經(jīng)過或門觸發(fā)器單穩(wěn)1得到的發(fā)射同步信號觸發(fā)器RS觸發(fā)器，使其變?yōu)?狀態(tài)，打開與門，使時鐘通過，時間計數(shù)器計時開始。以后的發(fā)射都是由接收機收到的信號觸發(fā)，這時流量計進入“環(huán)鳴”狀態(tài)。每發(fā)射一次，計數(shù)器的數(shù)值都要加1。當(dāng)計數(shù)值達到N+1時(實際上只有N次測量)，計次計數(shù)器發(fā)出一個進位信號，使RS觸發(fā)器置于零狀態(tài)，封鎖與門，時間計數(shù)器停止計數(shù)。利用這個進位脈沖還把測得的時間存放到數(shù)據(jù)鎖存器中。

在RS觸發(fā)器零狀態(tài)期間，計算機要做以下工作：發(fā)“計1”信號，讀取“正程”計時數(shù)據(jù)；發(fā)“計2”信號，讀取漏計時數(shù)據(jù)；送收發(fā)轉(zhuǎn)換信號“計3”，使流量計從“正程”工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為“逆程”工作狀態(tài)。做完之后，計算機還要發(fā)“計4”信號把N值重新裝載到測次計數(shù)器中，使進位脈沖下跳歸零，同“正程”一樣，又進入“逆程”的“環(huán)鳴”測時過程。

在“環(huán)鳴”過程中，是不希望由于某種意外使“環(huán)鳴”中斷的。如果發(fā)生這種情況，儀器應(yīng)該能夠自動恢復(fù)到“環(huán)鳴”狀態(tài)中。否則，流量計將“死機”。這個恢復(fù)系統(tǒng)由漏收計數(shù)器、漏收計次器、單穩(wěn)1等電路組成。漏收計時器是一個可預(yù)置的同步計數(shù)器。計數(shù)器記到全1之后，將發(fā)出進位脈沖。計數(shù)器裝訂的數(shù)值應(yīng)大于“環(huán)鳴”周期，例如選在1.5倍。這個進位脈沖一路送到或門去觸發(fā)單穩(wěn)1，使丟失的發(fā)射同步信號重新出現(xiàn)；另一路送到漏收計次器，記下對計時無用的漏計時間。在正常情況下，由于漏收計時器的計數(shù)長度比環(huán)鳴周期長，所以漏收計時器不會有進位脈沖輸出，只有在接收機沒有收到信號的情況下，才會有進位脈沖輸出。

結(jié)語

該套儀表進行了多次試驗，保證了潛艇航行中各項指令的正確執(zhí)行，設(shè)備先進可靠，安裝在潛艇上均衡注、排水量和移水量一目了然，其精度更高，抗干擾能力更強。

參考文獻

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