時(shí)差式超聲流量計環(huán)鳴法測量的研究

該方法中，當換能器T1發(fā)射聲信號，在換能器T2收到信號的時(shí)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(guò)測量記錄下N次測量的總時(shí)間∑t正。然后，再令T2發(fā)射，T1接收，經(jīng)過(guò)N次如此循環(huán)就可得到逆向發(fā)射總時(shí)間∑t逆。這時(shí)讓順逆流兩個(gè)總的時(shí)間作差，可以得到總時(shí)間差∑Δt?！痞這個(gè)量比起單次測量時(shí)，它已經(jīng)擴大了2N倍。由測量帶來(lái)的誤差經(jīng)過(guò)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(shí)這個(gè)值就較容易測量，從而得到想要的流量數據。

環(huán)鳴法要解決的幾個(gè)重要問(wèn)題

精確捕捉計時(shí)點(diǎn)

新測量方法用具有半個(gè)周期的正弦脈沖去激勵換能器。由于換能器是一個(gè)窄帶系統，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，信號持續時(shí)間短，因此比較適合細管徑的輸液管道測量。

正弦函數在過(guò)零點(diǎn)處斜率最大。如果把回波的某個(gè)正弦周期的過(guò)零點(diǎn)檢測出來(lái)，回波時(shí)間的測量精度將極大提高。從總方框圖可知，過(guò)零點(diǎn)的檢測電路是由過(guò)零比較器、電平比較器、單穩2電路和與門(mén)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(gè)計時(shí)點(diǎn)立刻觸發(fā)單穩1電路以獲得發(fā)射同步信號。

信號門(mén)

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(shí)點(diǎn)時(shí)，較高的信號過(guò)電平比較器后送出的第一個(gè)脈沖對測量是不必要的。因此，在做數字信號處理的時(shí)候，只能把電平比較器送出的第一個(gè)脈沖放行，其他信號將被信號門(mén)過(guò)濾掉。不同管徑的輸液管道，聲信號的傳播時(shí)間是不同的。因此，信號門(mén)的位置也不同。本設計中采用了信號門(mén)計數器，用數據裝訂的辦法改變信號門(mén)的位置。從總框圖中可以看到，信號門(mén)電路是由可預置的同步計數器、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，然后由計數器的進(jìn)位脈沖在信號到來(lái)之前將RS觸發(fā)器置1，開(kāi)門(mén)等待接收信號，如圖4所示。

計時(shí)電路

計時(shí)電路是由時(shí)間計數器、計次計數器、RS觸發(fā)器和與門(mén)等電路組成。發(fā)射同步信號是計時(shí)、計次的核心。如圖5所示，第一個(gè)發(fā)射同步信號是由計算機通過(guò)“計4”發(fā)出的，經(jīng)過(guò)或門(mén)觸發(fā)器單穩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(kāi)與門(mén)，使時(shí)鐘通過(guò)，時(shí)間計數器計時(shí)開(kāi)始。以后的發(fā)射都是由接收機收到的信號觸發(fā)，這時(shí)流量計進(jìn)入“環(huán)鳴”狀態(tài)。每發(fā)射一次，計數器的數值都要加1。當計數值達到N+1時(shí)(實(shí)際上只有N次測量)，計次計數器發(fā)出一個(gè)進(jìn)位信號，使RS觸發(fā)器置于零狀態(tài)，封鎖與門(mén)，時(shí)間計數器停止計數。利用這個(gè)進(jìn)位脈沖還把測得的時(shí)間存放到數據鎖存器中。

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(shí)數據；發(fā)“計2”信號，讀取漏計時(shí)數據；送收發(fā)轉換信號“計3”，使流量計從“正程”工作狀態(tài)轉為“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器中，使進(jìn)位脈沖下跳歸零，同“正程”一樣，又進(jìn)入“逆程”的“環(huán)鳴”測時(shí)過(guò)程。

在“環(huán)鳴”過(guò)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，儀器應該能夠自動(dòng)恢復到“環(huán)鳴”狀態(tài)中。否則，流量計將“死機”。這個(gè)恢復系統由漏收計數器、漏收計次器、單穩1等電路組成。漏收計時(shí)器是一個(gè)可預置的同步計數器。計數器記到全1之后，將發(fā)出進(jìn)位脈沖。計數器裝訂的數值應大于“環(huán)鳴”周期，例如選在1.5倍。這個(gè)進(jìn)位脈沖一路送到或門(mén)去觸發(fā)單穩1，使丟失的發(fā)射同步信號重新出現；另一路送到漏收計次器，記下對計時(shí)無(wú)用的漏計時(shí)間。在正常情況下，由于漏收計時(shí)器的計數長(cháng)度比環(huán)鳴周期長(cháng)，所以漏收計時(shí)器不會(huì )有進(jìn)位脈沖輸出，只有在接收機沒(méi)有收到信號的情況下，才會(huì )有進(jìn)位脈沖輸出。

結語(yǔ)

該套儀表進(jìn)行了多次試驗，保證了潛艇航行中各項指令的正確執行，設備先進(jìn)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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