Способ акустического измерения расхода текучей среды

Способ акустического измерения расхода текучей среды

Реферат

 

В соответствии с изобретением осуществляют измерение времен прохождения двух акустических сигналов, передаваемых в противоположных направлениях между двумя точками потока текучей среды, с измерением соответствующих фазовых сдвигов акустических сигналов, возникающих в каждом сигнале. Каждый принятый сигнал дискретизируют и преобразуют в цифровую форму и соответствующий фазовый сдвиг акустического сигнала определяют синхронным детектированием. В ходе последовательных итераций (приближений) для каждой итерации определяют такой программно-управляемый фазовый сдвиг, связанный со значением фазового сдвига акустического сигнала и полученный синхронным детектированием во время предшествующей итерации, при котором результат шага синхронного детектирования текущей итерации настолько близок к нулю, насколько это возможно, а фазовый сдвиг акустического сигнала приблизительно равен конечному программно-управляемому фазовому сдвигу. Изобретение обеспечивает снижение потребления энергии за счет сокращения объема вычислений. 23 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к способу измерения расхода текучей среды между двумя точками, расположенными раздельно в направлении потока текучей среды; в соответствии с этим способом расход получают путем объединения измерения времен прохождения двух акустических сигналов, передаваемых между двумя точками в противоположных направлениях, с измерением фазовых сдвигов акустических сигналов, возникающих в каждом акустическом сигнале в результате прохождения каждого из упомянутых акустических сигналов по потоку.

В течение длительного времени расход (или объем) текучей среды, протекающей по трубопроводу, измеряют путем использования прохождения акустических сигналов, передаваемых между двумя акустическими преобразователями, расположенными в пространственно разделенных точках в направлении потока текучей среды.

По этому принципу акустический сигнал, передаваемый из первого преобразователя во второй преобразователь, принимается этим вторым преобразователем и затем измеряется время прохождения Т1 этого акустического сигнала.

Точно так же время прохождения Т2 акустического сигнала, передаваемого из второго преобразователя в первый преобразователь, измеряют после приема упомянутого сигнала первым преобразователем.

Расход Q текучей среды, проходящей по трубопроводу, может быть в этом случае записан следующим образом: Q=(SL/2)(T2-T1)/Т1Т2, где S обозначает среднюю площадь внутреннего сечения трубопровода, свободную для потока между двумя акустическими преобразователями, и L обозначает расстояние между преобразователями.

В настоящее время точное измерение времени прохождения акустического сигнала может быть относительно сложным, причем эта сложность зависит от требуемой точности.

По этим причинам способ фазовых измерений предпочтительнее способа измерения одного только времени прохождения, поскольку с фазовыми измерениями можно проще получать желаемую точность при измерениях расхода. Заявка 0426309 на получение Европейского патента раскрывает способ измерения расхода текучей среды, который может использоваться в измерителе расхода текучей среды и состоит в объединении измерения времен прохождения двух акустических сигналов, передаваемых в противоположных направлениях между двумя точками, пространственно разнесенными в направлении потока текучей среды, с измерением фазовых сдвигов акустических сигналов, возникающих в каждом акустическом сигнале в результате прохождения каждого из упомянутых акустических сигналов по потоку.

Расход Q текучей среды, протекающей по трубопроводу, может быть в этом случае записан следующим образом: Q = (SL/4Fac)(2[Fac(T2-T1)]+(2-1))/T1T2, где Т1 и Т2 обозначают времена прохождения акустических сигналов, передаваемых в направлениях соответственно по течению и против течения потока текучей среды, 2 и 1 - соответственно фазовые сдвиги акустических сигналов, возникающие в каждом из акустических сигналов при их прохождении, a Fac обозначает частоту упомянутых акустических сигналов.

Это выражение содержит первый член, 2[Fас(Т2-Т1)], который определяет число целых периодов, укладывающихся в разность между временами прохождения. Квадратные скобки [х] обозначают целую часть выражения х, находящегося в скобках. Второй член, 2-1, определяет точный фазовый сдвиг, лежащий в пределах между -2 и 2, который возникает в акустическом сигнале во время его прохождения и который обусловлен наличием расхода текучей среды между преобразователями. Этот второй член позволяет совершенствовать измерение и, таким образом, получать более точное измерение расхода. Величина Т1Т2, которая находится в знаменателе формулы расхода, соответствует квадрату среднего времени прохождения акустических волн, передаваемых против течения и по течению.

Учитывая, что Т1=L/c-v и Т2=L/c+v, где с и v обозначают соответственно скорость прохождения акустического сигнала и линейную скорость текучей среды, и поскольку скорость прохождения сигнала главным образом зависит от температуры, которая незначительно изменяется во время измерения расхода, величина Т1Т2 незначительно изменяется в зависимости от состава текучей среды, и, соответственно, эту величину не пересчитывают для каждого нового измерения.

По этой заявке, первое измерение времени прохождения акустического сигнала выполняют путем инвертирования фазы характерной точки сигнала передачи и детектирования сигнала, принимаемого в момент, соответствующий этой инверсии фазы. Детектирование этого момента осуществляется при помощи быстродействующего фазового детектора. Это измерение, выполненное в направлениях против течения и по течению, обеспечивает вычисление первого члена выражения, представленного выше: 2[Fас(Т2-Т1)].

После дискретизации принятого сигнала восемью конденсаторами и после преобразования упомянутого дискретизированного сигнала в цифровую форму осуществляют измерение фазового сдвига акустического сигнала путем выполнения синхронного детектирования этого сигнала, преобразованного в цифровую форму, что позволяет определять фазовый сдвиг 1 или 2, который интерпретируется как разность фаз между фазой дискретизированного сигнала и фазой опорного сигнала.

После определения фазовых сдвигов акустических сигналов, соответствующих направлениям по течению 1 и против течения 2, согласно этому способу, член 2-1 определяют разностью между ними.

Таким образом, складывая два члена 2[Fас(Т2-Т1)] и 2-1, расход текучей среды определяют более точно, чем прежде.

Однако в некоторых областях применения, где потребление энергии должно быть как можно меньше, особенно, если источник энергии - батарея и ее срок службы ограничен, необходимо снижать это потребление энергии до минимума.

Кроме того, такой способ определения расхода текучей среды довольно сложен для выполнения и требует значительных объемов цифровой обработки.

Таким образом, настоящее изобретение раскрывает способ измерения расхода текучей среды, при выполнении которого потребление энергии является более низким, чем у известных из уровня техники.

Следовательно, настоящее изобретение раскрывает способ измерения расхода текучей среды между двумя точками, пространственно разнесенными в направлении потока текучей среды, согласно которому величину расхода определяют путем объединения измерения времен прохождения каждого из двух акустических сигналов, передаваемых между двумя точками в противоположных направлениях, с измерением соответствующих фазовых сдвигов, возникающих в каждом акустическом сигнале в результате прохождения этого акустического сигнала по потоку; причем измерение фазового сдвига акустического сигнала, возникающего в каждом акустическом сигнале, состоит в дискретизации упомянутого акустического сигнала, принимаемого на частоте дискретизации, преобразовании дискретизированного сигнала в цифровую форму; и определении, посредством синхронного детектирования, фазового сдвига акустического сигнала в виде разности фаз между фазой дискретизированного сигнала и фазой опорного сигнала; отличающийся тем, что упомянутый способ начинается с последовательных приближений, выполняемых на различных акустических сигналах, передаваемых последовательно в одном и том же направлении прохождения, путем введения во время (n+1)-й итерации в один из упомянутых сигналов, между шагом передачи сигнала и шагом синхронного детектирования, по меньшей мере, одного программно-управляемого фазового сдвига р(n), привязанного к значению фазового сдвига акустического сигнала (n)+ref, который определяют синхронным детектированием, выполняемым во время предшествующей n-й итерации на ранее переданном сигнале, и который равен сумме значения разности фаз err(n) между фазой сигнала, дискретизированного во время предшествующей n-й итерации и фазой опорного сигнала, и значения программно-управляемого фазового сдвига 2Facp(n-1), который вводят во время n-й итерации, где Fac обозначает частоту акустического сигнала, a p(n-l) обозначает программно-управляемую задержку, определяемую на (n-1)-й итерации так, что шаг синхронного детектирования (n+1)-й итерации определяет разность фаз err(n+1) между фазой сигнала, дискретизированного во время текущей итерации, и фазой опорного сигнала, которая устремлена к нулю, причем фазовый сдвиг (n+1)+ref акустического сигнала приблизительно равен программно-управляемому фазовому сдвигу 2Facp(n), вводимому во время (n+1)-й итерации.

Этот способ прост при выполнении и обладает высокой гибкостью при использовании.

В действительности, программно-управляемый фазовый сдвиг, который фактически является задержкой, вводимой в сигнал, может быть добавлен к упомянутому на подходящем шаге способа без изменения сущности и снижения эффективности упомянутого способа.

Программно-управляемый фазовый сдвиг можно успешно вводить в сигнал дискретизации во время шага дискретизации.

Кроме того, во время шага синхронного детектирования преобразованный в цифровую форму сигнал умножается на опорные сигналы, имеющие соответствующие формы синусоидального и косинусоидального опорных сигналов, имеющих опорную фазу, и затем программно-управляемый фазовый сдвиг может вводиться в синусоидальный и косинусоидальный опорные сигналы.

Можно также обеспечить введение программно-управляемого фазового сдвига в сигнал, передаваемый для генерации соответствующего акустического сигнала, во время шага передачи данного способа.

Чтобы уменьшить потребление энергии, производят независимое гетеродинирование принятого акустического сигнала, смешивая упомянутый принятый сигнал со смесительным сигналом так, чтобы получить смешанный сигнал, частота которого уменьшена, и тогда программно-управляемый фазовый сдвиг можно вводить в смесительный сигнал.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения программно-управляемый фазовый сдвиг разбивают, по меньшей мере, на два программно-управляемых вспомогательных фазовых сдвига, вводимых в сигнал, каждый на отдельном шаге способа между шагом передачи акустического сигнала и шагом синхронного детектирования.

Каждый программно-управляемый вспомогательный фазовый сдвиг предпочтительно определяют, выполняя Евклидово деление программно-управляемого фазового сдвига, как функции модуля разрешающей способности программно-управляемого статического фазового регулятора, связанного с соответствующим шагом, на котором должен водиться упомянутый вспомогательный фазовый сдвиг.

Например, программно-управляемый фазовый сдвиг разбивают на два программно-управляемых вспомогательных фазовых сдвига, вводимых соответственно в сигнал дискретизации и в опорные синусоидальный и косинусоидальный сигналы.

Чтобы дополнительно решать проблемы потребления энергии, частоту Fe дискретизации выбирают равной 4Fac/2n+l, где Fac обозначает частоту акустического сигнала, а n - целое число, большее или равное нулю.

При частоте дискретизации Fe, выбранной равной 4Fac, программно-управляемый фазовый сдвиг, разбиваемый на два программно-управляемых вспомогательных фазовых сдвига, вводимых соответственно в сигнал дискретизации и в синусоидальный и косинусоидальный опорные сигналы, приблизительно равен m(Fac/Fq)360^o+k(Fac/Fe)360^o, где (Fac/Fq)360^o представляет разрешение программно-управляемого фазового сдвига, связанного с синусоидальным и косинусоидальным опорными сигналами, и (Fac/Fe)360^o представляет разрешение, обусловленное дискретизацией, причем Fq обозначает самую высокую частоту следования тактовых импульсов, используемых для осуществления упомянутого способа.

Для того чтобы дополнительно уменьшить потребление энергии, необходимой для реализации способа, путем сокращения времени и объема вычислений, частоту Fe дискретизации делают равной 4Fac/2n+l, где число n - строго больше нуля.

Шаги дискретизации и преобразования в цифровую форму предпочтительно выполняют одновременно.

Кроме того, поскольку расход текучей среды выражается как отношение первого члена, который равен сумме значения 2[Fас(Т2-Т1)], где скобка [х] обозначает целую часть выражения х в скобках, и где Т1 и Т2 - соответствующие времена прохождения акустических сигналов, переданных в двух направлениях распространения, где Fac - частота акустических сигналов и значения разности фазовых сдвигов акустических сигналов, вводимых в каждый сигнал ко второму члену, равному произведению упомянутых времен прохождения, причем времена прохождения измеряют различными способами для первого и второго членов.

Времена прохождения акустических сигналов измеряют для первого члена чаще, чем для второго.

Времена прохождения акустических сигналов измеряют для второго члена тогда, когда среднее значение от времен прохождения сигналов, передаваемых в двух направлениях распространения и представленных в первом члене, превышает заданный порог.

Времена прохождения акустических сигналов измеряют для второго члена, когда число измерений фазового сдвига акустического сигнала достигает заданного максимального числа.

Времена прохождения акустических сигналов измеряют для второго члена, когда удовлетворяется одно из двух предшествующих условий.

Для того чтобы измерить времена прохождения акустических сигналов, передаваемых в двух направлениях прохождения для первого члена, каждый упомянутый сигнал усиливают, формируют огибающую этого принятого сигнала, и упомянутое время прохождения определяют, отмечая момент перехода упомянутой огибающей через заданный порог.

Для того чтобы измерить времена прохождения акустических сигналов, передаваемых в двух направлениях прохождения, для второго члена, значения амплитуд каждого из упомянутых акустических сигналов в точках дискретизации сравнивают с пороговым значением, находят первую точку дискретизации сигнала, в которой значение амплитуды больше упомянутого порогового значения и от этой точки, находят следующий или конечный переход сигнала через нулевой уровень, таким образом определяя время прохождения упомянутого акустического сигнала на почти постоянном промежутке времени, который является одинаковым для двух времен прохождения.

Для поиска следующего перехода сигнала через нулевой уровень находят такие две последовательные точки дискретизации, между которыми есть точка, в которой амплитуда сигнала переходит через нулевое значение, и между этими двумя точками осуществляют прямолинейную интерполяцию с целью определения времени прохождения акустического сигнала.

Согласно одному варианту осуществления изобретения на каждой n-й итерации к программно-управляемой задержке p(n) добавляют дополнительную программно-управляемую задержку R(n), которая должна вводиться за несколько последовательных приближений, причем погрешность Е фазы, обусловленная обратной сверткой гармонических линий после дискретизации, имеет периодическую функцию распределения с нулевым средним значением.

Таким образом, при добавлении дополнительной программно-управляемой задержки погрешность будет иметь распределение в виде синусоидальной функции с нулевым средним значением и, следовательно, будет компенсироваться за счет нескольких последовательных посылок акустического сигнала.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: - фиг. 1 изображает блок-схему программы, представляющей различные шаги способа согласно одному из вариантов осуществления изобретения; - фиг. 2 изображает блок-схему программы, представляющей различные шаги способа и осуществляемой при приеме переданного акустического сигнала, выполняемую на шаге измерения фазового сдвига акустического сигнала, представленной шагом d на фиг.1; - фиг. 2а изображает результат различных последовательных измерений фазового сдвига акустического сигнала, выполненных согласно шагам способа фиг. 2; - фиг.2b изображает цифровые значения, полученные в примере, показанном на фиг.2а; - фиг.3 изображает упрощенную электронную схему, используемую для выполнения способа согласно варианту осуществления изобретения; - фиг. 3а иллюстрирует метод определения времени прохождения акустического сигнала с помощью сходимости к нулю; - фиг.3b изображает более подробно электронную схему, представленную на фиг.3, используемую для определения времени прохождения акустического сигнала методом огибающей, со скоростью сигналов, соответствующей каждому шагу; - фиг. 4 изображает частично детализированную электронную схему фиг.3 согласно варианту осуществления изобретения, в котором программно-управляемый фазовый сдвиг вводят во время шага дискретизации принятого акустического сигнала; - фиг.4а изображает одновременную развертку по времени различных сигналов, используемых для дискретизации сигнала в случае, когда программно-управляемый фазовый сдвиг вводят во время шага дискретизации принятого акустического сигнала; - фиг. 5 изображает частично детализированную электронную схему, представленную на фиг. 3 согласно первому варианту осуществления изобретения, в котором программно-управляемый фазовый сдвиг частично вводят во время шага дискретизации и частично в опорные сигналы, используемые для шага синхронного детектирования; - фиг.6 изображает частично детализированную электронную схему, представленную на фиг. 3 согласно второму варианту осуществления изобретения, в котором программно-управляемый фазовый сдвиг вводят во время шага передачи акустического сигнала; -фиг. 6а изображает одновременную развертку по времени различных сигналов, используемых для дискретизации сигнала в случае, когда программно-управляемый фазовый сдвиг вводят во время передачи акустического сигнала; - фиг. 7 изображает частично детализированную электронную схему, представленную на фиг.3 согласно третьему варианту осуществления изобретения, в котором программно-управляемый фазовый сдвиг вводят во время шага гетеродинирования принятого акустического сигнала; - фиг. 8 представляет значения точек дискретизации синусоиды и косинусоиды для двух различных частот дискретизации; - фиг. 9 изображает другой вариант блок-схемы программы, представленной на фиг.2; - фиг.10 изображает кривую, представляющую акустический сигнал и различные точки дискретизации, полученные путем добавления на каждой n-й итерации дополнительной задержки R(n) к программно-управляемой задержке p(n), изображенной на фиг.2 (двенадцать итераций во всех); - фиг. 11 изображает для каждой из итераций, представленной на фиг.10, кривую, представляющую погрешность Е фазы, обусловленную обратной сверткой гармоник (гармонических линий) после дискретизации в соответствии с добавленной программно-управляемой задержкой p(n)+R(n). На фиг.1 изображена блок-схема программы, представляющая различные шаги способа измерения расхода текучей среды, например газа, протекании по трубопроводу между двумя точками, пространственно разнесенными в направлении потока этой текучей среды согласно одному варианту осуществления изобретения.

Шаги способа обозначены на фиг.1 буквами от а до i. Когда газ протекает по трубопроводу между двумя ультразвуковыми преобразователями, пространственно разнесенными в направлении потока на расстояние L, то расход газа в трубопроводе описывается следующим выражением: Q = (SL/4Fac)(2[Fac(T2-T1)]+(2-1))/T1T2, где S обозначает среднюю площадь внутреннего сечения трубопровода, свободную для потока между двумя точками, Т1 и Т2 обозначают времена прохождения акустических сигналов, передаваемых в направлениях соответственно по течению и против течения потока газа, 2 и 1 обозначают соответственно фазовые сдвиги акустических сигналов, возникающие вследствие распространения этих сигналов, a Fac обозначает частоту этих акустических сигналов.

Это выражение расхода соответствует отношению первого члена, а именно 2[Fac(T2-T1]+(2-1), где скобки, [х], обозначают целую часть выражения х в скобках, ко второму члену Т1Т2, который равен произведению времен прохождения.

Первый член равен сумме первого слагаемого 2[Fac(T2-T1)], которое определяет число целых периодов, укладывающихся в разности времен прохождения T2-T1, составляющей приблизительное измерение времени прохождения, и второго слагаемого (2-1), которое определяет разность фазовых сдвигов акустических сигналов, возникающих в каждом сигнале.

Учитывая тот факт, что Т1=L/(c-v) и Т2=L/(c+v), где с и v обозначают соответственно скорость распространения акустического сигнала и линейную скорость течения газа, и то, что скорость распространения главным образом зависит от температуры, которая незначительно изменяется во время измерений расхода, член Т1Т2 незначительно изменяется в зависимости от состава газа, и этот член, соответственно, пересчитывают реже, чем первый член.

Однако, когда рассчитывают второй член, измерение представленных в этом члене времен прохождения Т1 и Т2 выполняют способом, отличающимся от того, который используют для измерения времен прохождения, представленных в первом члене.

Действительно, поскольку в первом члене определяется только такая разность времен прохождения, то достаточно относительного измерения (при приблизительно постоянных) этих времен. Кроме того, точность, требуемая в этом случае, является низкой (приблизительно несколько микросекунд), поскольку важна только целая часть величины Fac(T2-Tl).

Наоборот, во втором члене имеет место абсолютное измерение времен прохождения, и, соответственно, точность, полученная для этого измерения, непосредственно влияет на точность измерения расхода (необходимо поэтому избегать временного сдвига, связанного с этим измерением).

Например, если искомая точность измерения расхода составляет 1%, то точность измерения времени прохождения должна быть близка к 0.5%, что соответствует погрешности менее 2 мкс относительно времен прохождения в газах и длин L между двумя обычными преобразователями (например, 150 мм для метана).

Таким образом, выражение расхода газа может быть записано следующим образом: в котором время прохождения T1env и T2env измеряют методом огибающей, а время прохождения T1pz измеряют методом перехода через нулевой уровень, Т₀ обозначает константу, которую следует исключить, чтобы получить время прохождения в газе. Далее эти два метода объясняются подробно.

Предпочтительнее использовать эти два различных метода измерения времен прохождения, чем проводить все измерения исключительно методом перехода через нулевой уровень, учитывая тот факт, что для проведения измерений по последнему методу требуется большее количество энергии, чем по методу огибающей.

На фиг. 1 шаг а описывает шаг, на котором ультразвуковой сигнал передается по течению из первого преобразователя ко второму, а время (T1pz-Т₀) прохождения этого ультразвукового сигнала определяют методом перехода через нулевой уровень.

Точно так же ультразвуковой сигнал передается против течения, т.е. навстречу потоку, из второго преобразователя к первому, и время (T2pz-T₀) прохождения этого сигнала определяют тем же способом, как и ранее.

На шаге b на основе вычисленных значений (T1pz-Т₀) и (T2pz-T₀) рассчитывают коэффициент, причем упомянутый коэффициент можно рассматривать как постоянный на протяжении некоторого числа "посылок" (коротких передач ультразвуковых сигналов), КТ=К/(T1pz-Т₀)(T2pz-T₀), где К=SL/4Fac.

К моменту передачи конечных посылок объемов газа V (n-2) уже вычислен, а расход Q(n-2) измерен. Если допустить, что расход не изменился после конечных посылок, то расход Q(n-l) равен расходу Q(n-2), а объем V(n-2)возрастает на приращение объема Q(n-l)t, где t - представляет время, прошедшее между двумя последовательными посылками в одном направлении, что дает приращение объема V(n-1)=V(n-2)+Q(n-1)t.

Затем параметр n, который представляет число измерений фазового сдвига, выполненных после последнего измерения времен прохождения (T1pz-Т₀) и (T2pz-T₀), обнуляют.

Шаг с заключается в ожидании на протяжении времени t до следующего шага.

Во время следующего шага d ультразвуковой сигнал передается по течению из первого преобразователя ко второму, а время прохождения T1env этого сигнала определяют методом огибающей, с последующим измерением фазового сдвига ультразвукового сигнала 1, который появился в упомянутом сигнале вследствие его прохождения по потоку газа между двумя преобразователями.

Более подробно принцип измерения фазового сдвига будет описан далее.

Аналогично, ультразвуковой сигнал передается против течения из второго преобразователя к первому, и время прохождения T2env этого сигнала определяют с последующим измерением соответствующего фазового сдвига 2, появившегося в упомянутом ультразвуковом сигнале.

После выполнения этого шага на шаге е выполняют проверку на равенство параметра по нулю. Если, как это описано для шага b n=0, то есть если речь идет о первых измерениях фазового сдвига, выполняемых после последних измерений времен прохождения (T1pz-Т₀) и (T2pz-T₀), то тогда устанавливается параметр Tref= (T1env+T2env)/2, который представляет среднее время прохождения, соответствующее посылкам сигналов против течения и по течению соответственно (шаг f).

В противном случае, если n0, то происходит переход к следующему шагу g, на котором на основе предшествующих измерений параметров T1env, 1, T2evn, 2 определяется первый член 2[Fac(T2env-T1env)]+(2-1). Далее расход Q(n) газа рассчитывают как произведение только что определенного первого члена на член КТ, определенный на шаге b. Затем объем газа, рассчитанный до настоящего момента, V(n-l), увеличивают на приращение объема Q(n)t, а именно V(n)=V(n-l)+Q(n)t.

Параметр Tenv устанавливается равным среднему значению от двух последних времен прохождения, измеренных при посылках против течения и по течению соответственно, т. е. Tenv=(T1env+T2env)/2, а n - число измерений фазового сдвига, возрастает.

Шаг h состоит в ожидании на протяжении времени t перед следующим шагом.

Во время шага i проводится проверка каждого из двух параметров: n и Tref, для того, чтобы узнать, во-первых, достигло ли число n заданного максимального числа измерений фазового сдвига nmax, и, во-вторых, превысило ли значение |Tenv-Tref| заданный порог Тmах.

Второе условие устанавливают для того, чтобы проверить, подвергается ли среда распространения внезапной модификации, например, вследствие характеристик газа или изменения температуры.

Если ни одно из этих двух условий не выполняется, это означает, что порог nmах не достигнут и среда распространения внезапно не изменилась, и в этом случае снова осуществляются шаги от d до i. В противном случае, если, по крайней мере, одно из двух условий выполняется, то снова осуществляются шаги от а до i.

Далее принцип измерения фазового сдвига описывается со ссылкой на фиг.2, представляющую различные шаги способа измерения по настоящему изобретению, которые выполняются на шаге d фиг.1.

Чтобы измерить фазовый сдвиг, возникший в ультразвуковом сигнале вследствие его прохождения по потоку газа между двумя преобразователями, проводят последовательные итерации, и фиг.2 представляет одну из этих итераций, которая имеет место для каждой посылки ультразвукового сигнала, произведенной в заданном направлении прохождения. Последовательные итерации проводятся параллельно для двух направлений прохождения, но независимо для каждого направления.

Для 1-й итерации, когда посылку ультразвукового сигнала производят из одного преобразователя, например, по течению (шаг j), ультразвуковой сигнал, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу, принимается другим преобразователем.

Во время шага k сбора данных сигнал одновременно дискретизируют с некоторой частотой дискретизации и преобразуют в цифровую форму.

Во время шага l, который соответствует первому шагу операции синхронного детектирования, дискретизированный и преобразованный в цифровую форму сигнал умножается на опорные сигналы, имеющие соответственно форму опорной синусоиды sin(wti-ref) и опорной косинусоиды cos(wti-ref), оба имеющие заданную фазу опорного сигнала ref.

Для N точек дискретизации, во время синхронного детектирования, выполняются следующие вычисления: ps = a(ti)sin(wti-ref) pc = a(ti)cos(wti-ref) где a(ti) представляет значение, полученное в точке i дискретизированного сигнала.

После вычисления членов ps и pc и их отношения на шаге l проводится проверка значения, полученного для этого отношения, а именно является ли ps/pc меньше заданного порога, причем порог (ps/pc)max выбирают в соответствии с желаемой точностью измерения расхода (шаг m).

Если ps/pc>(ps/pc)max, тo это означает, что вычисление арктангенса отношения ps/pc, err(l), которое равно (1(1)-ref), где 1(1) обозначает фазу дискретизированного ультразвукового сигнала, нельзя аппроксимировать как ps/pc (Arctg х = х). Тогда необходимо вычислить арктангенс (шаг n) для того, чтобы получить значение разности фаз между фазой дискретизированного сигнала и фазой опорного сигнала err(l)=Arct(ps/pc).

В противном случае, если ps/pc<(ps/pc)max, то может быть выполнена аппроксимация Arctg х = х и тогда значение разности фаз между фазой дискретизированного сигнала и фазой опорного сигнала задается выражением err(1)=ps/pc (шаг О).

Это означает в данном случае, что разность фаз между фазой дискретизированного сигнала и фазой опорного сигнала сходится к нулю с желаемой точностью, заданной порогом (ps/pc)max.

Следует напомнить, что когда шаги фиг.2 соответствуют первой итерации, возможно, что для определения фазы еrr опорного сигнала понадобится вычисление арктангенса отношения ps/pc.

Во время первой итерации шаг р определяется выражением 1(1)+ref = err(1). Следующий шаг q определяет программно-управляемый фазовый сдвиг, выраженный в виде задержки р(1), которая привязана к значению фазового сдвига ультразвукового сигнала, предварительно полученного посредством синхронного детектирования p(1) = err(1)/2Fac. Затем, в соответствии с шагом r, между шагом передачи и шагом синхронного детектирования вводится программно-управляемая задержка p(l), для того чтобы, исходя из этой задержки, передать следующий ультразвуковой сигнал в том же самом направлении распространения.

Для n-й итерации ультразвуковой сигнал передают в том же самом направлении распространения, что и сигнал, переданный во время (n-1)-й итерации (шаг j), и затем ультразвуковой сигнал дискретизируют и преобразуют в цифровую форму (шаг k) перед синхронным детектированием (шаги от 1 до о).

На шаге l выполняются следующие операции (синхронное детектирование): ps = a(ti+p(n-1)sin(wti-ref), ps = a(ti+p(n-1)cos(wti-ref), где р(n-1) представляет программно-управляемую задержку, рассчитанную на предшествующей (n-1)-й итерации, и которую добавили к сигналу, обрабатываемому на текущей n-й итерации между шагом передачи этого сигнала и шагом синхронного детектирования.

В соответствии с шагами l и m, и как объяснялось ранее, рассчитывают отношения ps/pc и проводят сравнение значения этого отношения с пороговым значением (ps/pc)max.

В зависимости от результата сравнения (шаг o или n) выполняют расчет методом приближения (Arctg х = х) или вычислением, посредством определения арктангенса, параметра err(n), который равен разности фаз между фазой дискретизированного во время