close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14198

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01F 1/66
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ГАЗА
(21) Номер заявки: a 20060197
(22) 2006.03.07
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: Общественное объединение
разработчиков приборов ультразвуковой техники и технологий (BY)
(72) Авторы: Карташевич Александр Николаевич; Чернобай Леонид Александрович; Лисовский Владислав Васильевич;
Чернобай Андрей Леонидович (BY)
BY 14198 C1 2011.04.30
BY (11) 14198
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Общественное
объединение разработчиков приборов ультразвуковой техники и технологий (BY)
(56) RU 2178148 C2, 2002.
BY 3869 C1, 2001.
BY 1298 U, 2004.
BY 2166 C1, 1998.
RU 19155 U1, 2001.
SU 1506279 A1, 1989.
(57)
1. Ультразвуковой расходомер-счетчик газа, характеризующийся тем, что содержит
блок первичного преобразования расхода, первый и второй формирователи зондирующих
сигналов, аналоговый коммутатор, усилитель, формирователь цифрового сигнала, генератор опорной частоты, измерительный счетчик, блок формирования временной диаграммы,
блок вычитания кодов, умножитель кодов, накапливающий сумматор, блок памяти коэффициентов, аналоговый преобразователь, блок управления преобразованием и блок нормировки кодов, при этом первый вход блока первичного преобразования расхода соединен с
выходом первого формирователя зондирующих сигналов и первым входом аналогового
коммутатора, второй вход которого соединен со вторым входом блока первичного преобразования расхода и выходом второго формирователя зондирующих сигналов, вход которого
соединен со входом первого формирователя зондирующих сигналов, входом управления
аналогового коммутатора и первым выходом блока формирования временной диаграммы,
Фиг. 1
BY 14198 C1 2011.04.30
второй выход которого соединен со входом управления измерительного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход измерительного счетчика соединен с первым входом блока вычитания кодов и вторым входом блока
памяти коэффициентов, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания кодов и первым входом умножителя кодов, второй вход которого соединен с выходом блока
памяти коэффициентов, выход умножителя кодов соединен со входом накапливающего
сумматора, выход которого является выходом устройства, вход управления накапливающего сумматора соединен со входом управления умножителя кодов, входом управления
блока вычитания кодов и третьим выходом блока формирования временной диаграммы,
выход аналогового коммутатора соединен со входом усилителя, выход которого соединен
со входом формирователя цифрового сигнала, выход блока нормировки кодов соединен со
вторым входом блока вычитания кодов, второй вход блока нормировки кодов соединен с
выходом измерительного счетчика, а первый вход блока нормировки кодов соединен с
четвертым выходом блока формирования временной диаграммы, вход которого соединен
с третьим входом блока нормировки кодов и вторым выходом блока управления преобразованием, первый выход которого соединен со входом аналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом блока управления преобразованием, первый
вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, третий вход – с выходом
формирователя цифрового сигнала, а четвертый вход - с пятым выходом блока формирования временной диаграммы.
2. Ультразвуковой расходомер по п. 1, отличающийся тем, что аналоговый преобразователь содержит первую и вторую ключевые схемы, первый и второй генераторы тока,
измерительный конденсатор и компаратор, причем управляющие входы первой и второй
ключевых схем являются входом аналогового преобразователя, вход первой ключевой
схемы подключен к положительному полюсу источника напряжения, а вход второй ключевой схемы и выход второго генератора тока подключены к отрицательному полюсу источника напряжения, выход первой ключевой схемы соединен со входом первого и
второго генераторов тока, с первым выводом измерительного конденсатора и с первым
входом компаратора, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения;
выход компаратора является выходом аналогового преобразователя, выход первого генератора тока соединен со входом второй ключевой схемы, а второй вывод измерительного
конденсатора соединен с общей шиной.
3. Ультразвуковой расходомер по п. 1, отличающийся тем, что блок управления преобразованием содержит первый, второй и третий D-триггеры, первый, второй и третий
блоки формирования импульсов требуемой длительности, причем первый вход первого
блока формирования импульсов соединен с D-входом первого триггера и четвертым входом блока управления преобразованием, соединенным со входом сброса первого Dтриггера и со входом установки второго D-триггера, тактовый вход первого D-триггера
соединен с выходом первого блока формирования импульсов, второй вход которого соединен с выходом третьего блока формирования импульсов и с тактовым входом третьего
D-триггера, D-вход которого соединен с выходом второго D-триггера и со вторым выходом блока управления преобразованием, первый выход которого соединен с выходом второго блока формирования импульсов и его первым входом, с выходом первого Dтриггера, соединенным с D-входом второго триггера, вход сброса которого соединен со
вторым входом блока управления преобразованием, третий вход которого соединен со
входом установки первого D-триггера, первый вход блока управления преобразованием
соединен со входом третьего блока формирования импульсов и тактовым входом второго
D-триггера, выход третьего D-триггера соединен со вторым входом второго блока формирования импульсов.
4. Ультразвуковой расходомер по п. 1, отличающийся тем, что блок нормировки кодов содержит первый и второй регистры хранения, блок вычитания кодов и блок деления
2
BY 14198 C1 2011.04.30
кодов, причем вход первого регистра хранения соединен с первым входом блока нормировки кодов и первым входом блока вычитания кодов, второй вход которого соединен с
выходом первого регистра хранения, тактовый вход которого соединен со вторым входом
блока нормировки кодов, третий вход которого соединен с тактовым входом второго регистра, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания кодов и
первым входом блока деления кодов, второй вход которого соединен с выходом второго
регистра хранения, выход блока деления кодов является выходом блока нормировки кодов.
Изобретение относится к технике измерения расхода газа, в частности к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа бытовыми приборами (типа газовой
плиты, колонки), и может найти применение в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Известно устройство [1] - ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий два
акустических преобразователя, расположенных в мерном участке трубопровода, аналоговый коммутатор, генератор зондирующих сигналов, усилитель, селектор, счетчик импульсов, регистр памяти, блок вычисления разности, регистрирующее устройство, опорный
генератор, усилитель частоты, дешифратор состояний, временной преобразователь, преобразователь кода, аналого-цифровой преобразователь, формирователь интервальных импульсов, формирователь импульсов манипуляции, схему совпадения, фазовый манипулятор,
детектор, избирательный усилитель, компаратор нуля.
Однако известное устройство в основном предназначено для измерения расхода газа в
трубопроводах большого диаметра, достаточно сложно в реализации и по стоимости не
подходит для измерения расхода газа бытовыми приборами. К недостаткам данного
устройства относится низкая точность измерения малых расходов за счет появления дополнительной ошибки из-за реверберационной помехи.
Наиболее близким по технической сущности является счетчик газа [2], состоящий из
блока первичных преобразователей, первого и второго формирователей зондирующих
сигналов, аналогового коммутатора, аналогового усилителя, формирователя цифрового
сигнала, генератора опорной частоты, измерительного счетчика, формирователя импульса
дополнения, схемы выборки хранения, аналого-цифрового преобразователя, схемы вычитания кодов, умножителя цифровых сигналов, накапливающего сумматора, памяти хранения коэффициентов, блока формирования временной диаграммы. В данном счетчике
первый вход блока первичного преобразователя соединен с выходом первого формирователя зондирующих сигналов и с первым входом аналогового коммутатора, а второй вход
блока первичного преобразователя подключен к выходу второго формирователя зондирующего сигнала и второму входу коммутатора, выход которого соединен со входом усилителя. Выход усилителя соединен со входом формирователя цифрового сигнала, выход
которого подключен к первому входу формирователя импульса дополнения и входу блока
формирования временной диаграммы, первый вход которой соединен с выходом схемы
вычитания кодов и первым входом умножителя цифровых сигналов, второй вход которой
соединен с выходом памяти хранения коэффициентов. Выход генератора опорной частоты
соединен со вторым входом формирователя импульса дополнения и с тактовым входом
измерительного счетчика, выход которого соединен с первым входом схемы вычитания
кода и вторым входом памяти хранения коэффициентов. Выход умножителя цифровых
сигналов соединен со входом накапливающего сумматора, выход которого является выходом счетчика. Выход формирователя импульса дополнения соединен со входом схемы
выборки хранения, выход которой подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом схемы вычитания кода. Выход управления
данной схемы соединен с выходами управления накапливающего сумматора и третьим
выходом блока формирования временной диаграммы, второй выход которого подключен
к входу выбора режима измерительного счетчика; первый выход блока формирования
3
BY 14198 C1 2011.04.30
временной диаграммы подключен к входам управления аналогового коммутатора и входам управления первого и второго формирователей зондирующих сигналов.
Принцип работы данного счетчика основан на измерении скорости движения измерительной среды (газа) по мерному участку первичного преобразователя по разности времен
распространения зондирующих импульсов сигналов при их поочередном излучении по и
против потока. При этом определение разности времени распространения выполняется
следующим образом. Под управлением сигналов, поступающих с выхода блока формирования временной диаграммы, выполняется первый этап рабочего цикла работы счетчика, в
течение которого измеряется время распространения акустического сигнала по потоку.
При выполнении этапа с выхода первого формирователя зондирующего сигнала на первый акустический датчик блока первичного преобразователя поступает высоковольтный
импульс зондирования. При этом излучается акустический импульс, который распространяется по мерному трубопроводу. Одновременно переводится в счетный режим измерительный счетчик. По истечении временного интервала Т1 акустический импульс поступает
на второй акустический датчик, где формируется при этом электрический сигнал, который
поступает через второй вход двухканального коммутатора на вход усилителя. Первый
вход данного коммутатора при этом отключен от выхода коммутатора. Сигнал с выхода
усилителя поступает на вход формирователя цифрового сигнала, где в момент пересечения нулевого уровня первой положительной полуволной формируется положительный
фронт импульса, который поступает на вход блока формирователя временной диаграммы,
переводящий измерительный счетчик в режим хранения. На выходе данного счетчика появляется код временного интервала Т1 с временным разрешением Т0, равным периоду частоты генератора опорных импульсов. Для получения более высокого временного
разрешения используется формирователь импульса дополнения, схема выборки хранения
и аналого-цифровой преобразователь. При этом на выходе формирователя импульса дополнения формируется импульс, длительность которого определяется временем от появления переднего фронта сигнала с выхода формирователя цифрового сигнала до прихода
переднего фронта тактового импульса с выхода генератора опорной частоты. Данный импульс поступает на вход схемы выборки хранения, состоящей из двух ключевых схем, источника опорного напряжения и измерительной емкости. Высокий уровень данного
импульса подключает через первую ключевую схему измерительную емкость к источнику
опорного напряжения, и производится заряд емкости до уровня напряжения, величина которого определяется временем заряда. При появлении низкого уровня сигнала с выхода
блока формирования импульса дополнения отключается измерительная емкость от источника
опорного напряжения, и после этого производится преобразование аналогового сигнала на
измерительной емкости в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя.
С выхода аналого-цифрового преобразователя цифровой код поступает на второй вход
схемы вычитания кодов (выходы младших разрядов). На второй вход данной схемы (входы старших разрядов) подается код с выхода измерительного счетчика.
Суммарный код запоминается в схеме вычитания кодов. После этого по третьему выходу блока формирования временной диаграммы поступает импульс, который замыкает
вторую ключевую схему, и производится разряд измерительного конденсатора схемы выборки хранения. Со второго выхода блока формирования временной диаграммы поступает
сигнал сброса измерительного счетчика. При этом первый этап рабочего цикла счетчика
заканчивается. При поступлении через заданный временной интервал управляющих импульсов с блока формирователя временной диаграммы выполняется второй этап рабочего
цикла счетчика. При этом высоковольтный импульс зондирования поступает с выхода
второго формирователя зондирующего сигнала на второй акустический датчик первичного
преобразователя; излученный акустический импульс данным датчиком распространяется
по мерному участку трубопровода против потока движения измеряемой среды и через
время Т2 поступает на первый акустический датчик. С выхода данного датчика элект4
BY 14198 C1 2011.04.30
рический сигнал поступает на вход усилителя через второй вход коммутатора. Аналоговый сигнал с выхода усилителя поступает на вход формирователя цифрового сигнала, где
в момент пересечения нулевой линии первой полуволны формируется передний фронт
сигнала и выполняются операции по определению кода временного интервала Т2 аналогично, как и при проведении первого этапа рабочего цикла.
Суммарный код временного интервала поступает с выходов измерительного счетчика
и аналого-цифрового преобразователя на вход вычитания кода, где выполняется операция
вычитания кодов временных интервалов Т1-Т2. Код разности ∆Т с выхода схемы вычитания кода поступает на первый вход умножителя цифровых сигналов, где он умножается
на коэффициент, поступающий на второй вход умножителя. Код коэффициента выбирается из памяти коэффициентов по адресу, старшие разряды которого формируются из старших разрядов кода Т2, который определяет вид измеряемой среды (природный газ, воздух
и т.д.), и старших разрядов кода разности времени распространения, которое определяет
область измеряемых расходов. Коэффициенты заносятся предварительно в память коэффициентов по результатам калибровки счетчика на образцовой поверочной установке. Код
результата умножения поступает на вход накапливающего сумматора и суммируется с его
содержимым. При этом на выходе данного накапливающего сумматора формируется код
суммарного объема, прошедшего через счетчик. После выполнения второго этапа заканчивается рабочий цикл счетчика, следующий рабочий цикл включается при поступлении
управляющих сигналов с выхода блока формирования временной диаграммы.
Недостатки данного счетчика газа следующие:
1. Преобразователь временного интервала в код должен преобразовывать временной
интервал, длительность которого меняется в диапазоне 0–Т (где Т - период опорной частоты), в цифровой код, величина которого должна меняться в диапазоне 0–2n (где n - разрядность аналого-цифрового преобразователя), по линейному закону, причем если учесть,
что заряд измерительной емкости происходит по экспоненциальному закону, то характеристика преобразования аналого-цифрового преобразователя должна быть логарифмической, что достаточно технически сложно выполнить с обеспечением высокой точности.
2. Необходимо также постоянство характеристик преобразования при изменении
внешних условий (температуры, изменения уровня питающего напряжения, временная
стабильность), что не решается в данном счетчике.
3. Данный преобразователь временного интервала имеет низкую точность при измерении временных интервалов, близких к 0, за счет конечности времен переключения ключевых схем, входящих в состав данной схемы.
Дополнительным преимуществом предлагаемого счетчика является его упрощение по
сравнению с известными за счет того, что в нем отсутствует аналого-цифровой преобразователь, а измерение длительности импульса дополнения выполняется тем же измерительным
счетчиком с помощью второго генератора тока и компаратора с сохранением высокой
точности. Исключение аналого-цифрового преобразователя приводит к существенному
уменьшению стоимости счетчика, что является важным фактором при учете расхода газа
бытовыми приборами.
Как известно [1], вольт-амперная характеристика емкости при заряде соответствует
выражению:
du
I=C ,
(1)
dt
В предлагаемом устройстве выбраны временные интервалы, в котором данное выражение можно представить в виде:
∆U
,
I0 = C
(2)
∆T
исходя из которого видно, что измеряемый временной интервал линейно зависит от изменения напряжения на конденсаторе при условии, что значение тока I0 является постоянным.
5
BY 14198 C1 2011.04.30
Линейная часть вольт-амперной характеристики выбирается с помощью требуемого временного интервала значением тока I0 и значением опорного напряжения на входе компаратора.
Для реализации вышеприведенных операций в предлагаемом устройстве измерение
кода временного дополнения производится во временном диапазоне (1/2–3/2)Т (где Т период тактовой частоты) с дальнейшим вычитанием кода временного интервала 1/2Т.
При измерении производится быстрый разряд измерительной емкости, входящей в состав
аналогового преобразователя, первым генератором тока с высоким уровнем импульса дополнения и последующим доразрядом данной емкости вторым генератором тока до опорного
напряжения. При этом динамический диапазон, в котором необходимо иметь линейную
характеристику преобразования, составляет всего 9 дБ. Также при этом отсутствует дополнительная ошибка, возникающая при измерении временных интервалов, близких к нулю.
Для получения стабильной и постоянной характеристики преобразования перед каждым рабочим циклом производится калибровка, при которой определяются коды временных интервалов длительностью Т\2, 3\2Т с дальнейшим вычислением кода периода
тактовой частоты Т. Суммарный код временных интервалов формируется при этом из кода, измеренного измерительным счетчиком, которые являются старшими разрядами и
нормированным кодом дополнения (младшие разряды). Нормировка кода дополнения выполняется путем деления с фиксированной запятой кода дополнения на значения кода,
определенного при проведении калибровки. При этом суммарные коды временных интервалов приводятся к единому масштабу, т.е. код имеет целую часть, при этом вес младшего
Т
разряда - целая часть кода - Т, и дробную часть, вес младшего разряда которой равен n ,
2
где n - разрядность нормированного кода дополнения.
Введение вышеперечисленных изменений в предлагаемое устройство приводит к тому, что точность измерения временных интервалов определяется параметрами генератора
тактовых импульсов, который выполнен на основе высокостабильного кварцевого резонатора, рабочие характеристики которого в процессе эксплуатации остаются неизменными.
В известное устройство, содержащее блок первичного преобразователя расхода, первый и второй формирователи зондирующих сигналов, аналоговый коммутатор, усилитель,
формирователь цифрового сигнала, генератор опорной частоты, измерительный счетчик,
блок формирования временной диаграммы, схему вычитания кодов, умножитель кодов,
накапливающий сумматор, память коэффициентов, при этом первый вход блока первичного преобразователя расхода соединен со входом первого формирователя расхода и первым входом аналогового коммутатора, второй вход которого соединен со вторым входом
блока первичного преобразователя расхода и выходом второго формирователя зондирующих сигналов, вход которого соединен со входом первого формирователя зондирующих
сигналов, а также входом управления аналогового коммутатора и первым выходом блока
формирования временной диаграммы, второй выход которого соединен со входом управления измерительного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора
опорной частоты, выход измерительного счетчика соединен с первым входом схемы вычитания кодов и вторым входом памяти коэффициентов, первый вход которой соединен с
выходом схемы вычитания кодов и первым входом умножителя кодов, второй вход которого подключен к выходу памяти коэффициентов, выход умножителя кодов соединен со
входом накапливающего сумматора, выход которого является выходом устройства, вход
управления накапливающего сумматора соединен со входом управления умножителя кодов и третьим выходом блока формирования временной диаграммы, кроме того, выход
аналогового коммутатора соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом формирователя цифрового сигнала, введены: аналоговый преобразователь, блок управления преобразованием и узел нормировки кодов, выход которого соединен со вторым
входом схемы вычитания кодов, второй вход узла нормировки кодов соединен с выходом
6
BY 14198 C1 2011.04.30
измерительного счетчика, а первый вход узла нормировки кодов соединен с четвертым
выходом блока формирования временной диаграммы, вход которого подключен к третьему входу узла нормировки кода и второму выходу блока управления преобразованием,
первый выход которого соединен со входом аналогового преобразователя, выход которого
соединен со вторым входом блока управления преобразованием, первый вход которого
соединен с выходом генератора опорной частоты, третий вход блока управления преобразованием соединен с выходом формирователя цифрового сигнала, четвертый вход блока
управления преобразованием соединен с пятым выходом блока формирования временной
диаграммы.
Структурная схема счетчика приведена на фиг. 1. Он содержит следующие узлы: блок
первичного преобразования расхода (1), первый (2) и второй (3) формирователи зондирующих сигналов, аналоговый коммутатор (4), усилитель (5), формирователь цифрового
сигнала (6), генератор опорной частоты (7), измерительный счетчик (8), блок формирования временной диаграммы (9), схемы вычитания кодов (10), умножитель кодов (11),
накапливающий сумматор (12), память коэффициентов (13), узел нормировки кодов (14),
блок управления преобразованием (15), аналоговый преобразователь (16).
На фиг. 2 приведена блок-схема аналогового преобразователя, который состоит из
первой (17) и второй (19) ключевых схем, первого (18) и второго (20) генераторов тока,
измерительной емкости (21) и компаратора (22).
На фиг. 3 приведена структурная схема узла нормировки кодов, который содержит
первый (23), второй (25) регистры, схему вычитания кода (24), схему деления кодов (26).
На фиг. 4 приведена схема блока управления преобразованием, который содержит
первый (27), второй (28), третий (29) D-триггеры и первый, второй и третий блоки формирования импульсов (30), (31), (32).
На фиг. 5 приведены временные диаграммы, поясняющие работу счетчика газа.
На фиг. 6 приведена временная диаграмма калибровки.
На фиг. 7 приведена временная диаграмма измерения кода дополнения.
Работа счетчика газа происходит следующим образом. Определение разности времен
прохода выполняется за два этапа. Во время первого этапа производится измерение времени прохода Т1 при зондировании по направлению движения рабочей среды. При этом
первоначально производится калибровка временных интервалов, длительность которых
равна 1/2Т и 3/2Т, где Т - период опорной частоты.
Калибровка выполняется в соответствии с временной диаграммой (фиг. 5) с использованием блока управления преобразованием (15) и аналогового преобразователя (16). При
появлении переднего фронта сигнала на входе блока управления преобразованием (15)
синхронно с первым пришедшим фронтом импульса тактовой частоты, поступающего с
генератора опорной частоты (7) по входу X1, на выходах У1, У2 формируются уровни
сигналов, по которым первая ключевая схема отключает измерительную емкость (21) от
источника положительного напряжения, и затем за временной интервал, равный 3/2Т производится быстрый разряд измерительной емкости током I0, формируемым первым генератором тока. По спаду калибровочного импульса переводится в счетный режим измерительный
счетчик (8). В аналоговом преобразователе при этом продолжается разряд емкости, но уже
током I1, формируемым вторым генератором тока. При достижении напряжения на измерительной емкости, равного Uоп, на выходе компаратора формируется фронт сигнала, который поступает на вход сброса первого триггера (27), который при этом устанавливается
в нулевое состояние. При этом запрещается счетный режим измерительного счетчика (8),
а измерительная емкость подключается к источнику положительного напряжения. Код N10
временного интервала 3/2Т заносится в первый регистр узла нормировки кодов (14).
После этого выполняется второй цикл калибровки, который производится аналогично
описанному выше, но быстрый разряд емкости током I0 производится за временной ин7
BY 14198 C1 2011.04.30
тервал 1/2Т. Код данного временного интервала N 02 поступает на первый вход узла нормировки (14), где из данного значения вычитается код временного интервала N10 , при
этом определяется код временного интервала Т = ( N 02 − N10 ) , который заносится во второй
регистр (25), с выхода которого поступает на второй вход делителя кодов (26). Данный
код в дальнейшем используется для нормировки кодов дополнения, определенных измерением временных интервалов Т1, Т2 (время распространения по и против потока акустического сигнала).
После проведения калибровки начинается выполнение первого этапа - определение
разности времен распространения ∆Т = Т1–Т2, во время которого производится определение
времени распространения Т1 (по потоку). При этом под управлением сигналов, поступающих с выхода блока формирования временной диаграммы (9), на первом формирователе
зондирующих сигналов формируется высоковольтный импульс, поступающий на первый
акустический датчик, излучающий акустический сигнал и переводящий в счетный режим
измерительный счетчик (8).
При прохождении акустическим сигналом мерного участка первичного преобразователя расхода на выходе формирователя цифрового сигнала образуется передний фронт
импульса при переходе уровня "0" электрическим сигналом с выхода второго акустического
датчика. По данному фронту на втором выходе блока управления преобразованием (15)
формируется импульс, по которому измерительный счетчик (8) переводится в режим ожидания, а код N1по (старшие разряды) с выхода данного счетчика заносится по второму входу в схему вычитания кодов (10), после чего измерительный счетчик обнуляется. По
этому же фронту в блоке управления преобразованием формируется импульс дополнения,
который поступает на вход аналогового преобразователя (16). При достижении уровня
опорного напряжения сигнала, при медленном разряде измерительной емкости, на выходе
данного блока формируется импульс, по которому прекращается счетный режим измерительного счетчика. Выходной код N по
0 измерительного счетчика поступает на второй выход узла нормировки кодов, где производится формирование младшего байта времени
распространения Т1.
По истечении заданного временного интервала производится этап измерения времени
распространения Т2. При этом второй акустический датчик излучает высоковольтный импульс зондирования, а первый находится в режиме приема. По приходу акустического
пр
сигнала производится формирование N1пр и N пр
0 , как описано выше. При этом N1 поступает на старшие разряды схемы вычитания кодов, а N пр
0 поступает на узел нормировки
кодов (14), где производится нормировка кода, с выхода которого нормированный код
младших разрядов времени распространения Т2 поступает на второй вход схемы вычитания кодов (10). На входе данной схемы формируется код временной задержки времени
распространения ∆Т = Т1–Т2, поступающий на первый вход умножителя кодов (11), на
второй вход которого поступает код коэффициента преобразования с выхода памяти коэффициентов (14). Адрес кода коэффициента определяется старшими разрядами кодов
времени распространения Т1 и разности времени распространения ∆Т.
Результат умножения с выхода умножителя кодов (11) поступает на вход накапливающего сумматора (12) и суммируется с его содержимым. При этом на выходе (12) формируется код суммарного расхода.
Рассмотрим работу составных блоков счетчика.
Блок управления преобразованием (15) (фиг. 4) состоит из первого (27), второго (28) и
третьего (29) D-триггеров и трех блоков формирования импульсов требуемой длительности (30, 31, 32) и работает следующим образом. В режиме калибровки временных интервалов 1/2Т, 3/2Т при поступлении положительного фронта импульса калибровки с
четвертого выхода блока формирования временной диаграммы и по приходу переднего
8
BY 14198 C1 2011.04.30
фронта тактового импульса с генератора опорной частоты устанавливается в единичное
состояние первый триггер (27) и соответственно с задержкой 1/2Т второй триггер, а с задержкой Т0 - третий триггер (29). При этом с выхода блока формирования (32) поступает
импульс длительностью 3/2Т на вход аналогового преобразователя (16). При формировании импульса длительностью 1/2Т на вход установки второго триггера (28) одновременно
с положительным уровнем сигнала, поступающего на вход блока формирования импульса
(30), поступает отрицательный уровень, что приводит к формированию на выходе блока
формирования (31) импульса требуемой длительности. Импульсы длительностью 1/2Т и
3/2Т поступают на аналоговый преобразователь (16), на выходе которого формируется
импульс, по которому сбрасывается второй триггер (28), выходной сигнал которого переводит измерительный счетчик (8) в режим ожидания. При этом в узел нормировки (14)
заносятся коды контрольных интервалов N10 , N 02 .
В режиме измерения времени распространения Т1 и Т2 длительность импульса с выхода третьего блока формирования (32) определяется временным интервалом между задним
фронтом сигнала с выхода формирователя цифрового сигнала (16) и передним фронтом
тактового импульса с выхода генератора опорной частоты (7) и находится в пределах
1/2Т–3/2Т.
Аналоговый преобразователь (16) содержит первую (17) и вторую (19) ключевые схемы,
первый (18) и второй (20) генераторы тока, измерительную емкость (21), компаратор (22)
и работает следующим образом. В исходном состоянии измерительная емкость (21) подключается через первую ключевую схему (17) к уровню питания +U. При проведении измерения контрольных интервалов 1/2Т, 3/2Т первая ключевая схема (17) закрывается, а
вторая ключевая схема (19) открывается, причем время включения данной схемы определяется длительностью импульса с выхода блока управления преобразованием и находится
в пределах 1/2Т–3/2Т.
По высокому уровню данного импульса первый генератор тока подключается к источнику отрицательного напряжения -U0, и производится быстрый разряд измерительной
емкости (21) током I0. По окончании импульса производится доразрядка измерительной
емкости (21), подключенной к первому входу компаратора (22), до значения напряжения
Uоп, поступающего на второй вход данного компаратора. При этом на выходе компаратора
(22) формируемся импульс, поступающий на вход сброса второго триггера (24) блока
управления (15), переводящий аналоговый преобразователь в исходное состояние, т.е. открывается первая ключевая схема (17) и происходит заряд емкости (21) до напряжения
питания +U.
Узел нормировки кодов (фиг. 3) содержит первый (23) и второй (25) регистры, схему
вычитания кодов (24) и схему деления кодов (26) и работает следующим образом. Во время
проведения калибровки временного интервала 3/2Т0 измеренный код N10 заносится в первый регистр (23). При калибровке временного интервала 1/2Т измеренный код N 02 поступает на первый вход схемы вычитания кодов (24), где производится вычисление разности
кодов N 02 − N10 с занесением полученного результата во второй регистр (25). При проведепр
нии измерительных циклов коды временных интервалов N по
0 , N 0 поступают на первый
вход схемы вычитания кодов (24), на выходе которой при этом формируются коды
0
пр
0
N по
0 − N1 , N 0 − N1 . Данные коды поступают на первый вход делителя кодов (26), на второй вход которого с выхода второго регистра (25) поступает значение кода N 02 − N10 . При
этом на выходе схемы деления кодов (26) формируются младшие разряды времен распространения, поступающие на схему вычитания кодов (10) в соответствии с выражениями:
N Тпо =
0
N по
0 − N1
;
N 02 − N10
9
BY 14198 C1 2011.04.30
0
N пр
0 − N1
.
N 02 − N10
Блок управления (9) формирует управляющие сигналы для обеспечения операции калибровки и определения времени распространения Т1, Т2 и разности времен распространения ∆Т.
В предлагаемом устройстве временное разрешение определяется отношением токов
I0/I1 и составляет 8⋅10-9 с.
N Тпр =
Источники информации:
1. BY 4011 C1, 2001.
2. RU 2178148 C2, 2002.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
10
BY 14198 C1 2011.04.30
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
320 Кб
Теги
by14198, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа