Способ определения приближающегося отказа преобразователей, система определения приближающегося отказа преобразователей (варианты) и машиночитаемый носитель информации

Способ определения приближающегося отказа преобразователей, система определения приближающегося отказа преобразователей (варианты) и машиночитаемый носитель информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области преобразователей расходомера. Более конкретно, изобретение относится к вариантам системы и способу определения приближающегося отказа преобразователей и машиночитаемому носителю информации, который может использоваться для осуществления указанного способа и для работы указанных систем.

Уровень техники

После извлечения углеводородов из земли, поток текучей среды (например, сырая нефть и природный газ) транспортируется из одного пункта в другой по трубопроводам. Требуется точное знание количества текучей среды, проходящей в потоке, причем особенно высокая точность необходима, когда текучая среда переходит другому владельцу, т.е. происходит "прием-сдача" продукта. Для измерения количества протекающей в трубопроводе текучей среде могут быть использованы ультразвуковые расходомеры, которые обладают достаточной точностью для использования при приеме-сдаче продукта.

В ультразвуковом расходомере, для проведения измерения акустические сигналы направляются туда и обратно поперек потока текучей среды. На практике, многие ультразвуковые расходомеры содержат группу пар преобразователей (далее - преобразователи), при этом каждый преобразователь из пары преобразователей как посылает акустические сигналы, так и принимает акустическую энергию. Хотя в некоторых ситуациях один или оба преобразователя из пары преобразователей могут отказать внезапно, в большинстве случаев отказ преобразователя развивается во времени, с ухудшением рабочих характеристик преобразователя (а значит, и рассматриваемых вместе преобразователей, образующих пару), пока получаемой от пары преобразователей информации не окажется недостаточно. Например, ухудшение рабочих характеристик преобразователя может сопровождаться снижением отношения сигнал-шум в электрических сигналах, вырабатываемых в ответ на акустическую энергию, поступающую в преобразователь.

Факторы воздействия условий работы также влияют на качество работы преобразователей, даже и тогда, когда пара преобразователей функционирует надлежащим образом. В приведенном примере с отношением сигнал-шум, воздействие условий работы, например давления текучей среды в расходомере, типа текучей среды в расходомере, расположения клапана, относящегося к управляющим клапанам, расположенным выше по потоку, и состояния спрямителей потока, все влияет на отношение сигнал-шум. Когда ухудшение работы отмечается в течение нескольких дней, недель или месяцев, трудно определить, связано ли это ухудшение с наступающим отказом преобразователей либо это следствие воздействий факторов, обусловленных условиями работы.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение описывает способ определения приближающегося отказа преобразователей, включающий создание первого электрического сигнала, представляющего собой акустическую энергию, распространяющуюся между первой парой преобразователей расходомера, создание второго электрического сигнала, представляющего собой акустическую энергию, распространяющуюся между второй парой преобразователей расходомера, которое осуществляют по существу одновременно с созданием первого электрического сигнала, вычисление соотношения между параметром первого электрического сигнала и параметром второго электрического сигнала и определение приближающегося отказа по меньшей мере одного преобразователя из первой пары преобразователей по ее работе, посредством вычисленного соотношения. При вычислении указанного соотношения дополнительно могут определять разность между отношением сигнал-шум первого электрического сигнала и по меньшей мере частичным отношением сигнал-шум второго электрического сигнала, а при определении приближающегося отказа дополнительно могут оценивать указанное соотношение по отношению к заданному пороговому значению. Способ может дополнительно включать создание третьего электрического сигнала, представляющего собой акустическую энергию, распространяющуюся между третьей парой преобразователей, а при вычислении указанного соотношения дополнительно могут вычислять разность между отношением сигнал-шум первого электрического сигнала и наибольшим отношением сигнал-шум, выбранным из группы, включающей отношение сигнал-шум первого электрического сигнала, отношение сигнал-шум второго электрического сигнала или отношение сигнал-шум третьего электрического сигнала. Также при вычислении указанного соотношения дополнительно могут вычислять отношение параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого электрического сигнала, к параметру, пропорциональному амплитуде сигнала второго электрического сигнала, а при определении приближающегося отказа дополнительно могут оценивать указанное соотношение по отношению к заданному пороговому значению. Кроме того, способ может дополнительно включать создание третьего электрического сигнала, представляющего собой акустическую энергию, распространяющуюся между третьей парой преобразователей, а при вычислении указанного соотношения дополнительно могут вычислять отношение параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого электрического сигнала, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального наибольшему значению, выбранному из группы, включающей амплитуду сигнала первого электрического сигнала, амплитуду сигнала второго электрического сигнала и амплитуду сигнала третьего электрического сигнала, являющегося числителем. При вычислении указанного соотношения дополнительно могут вычислять отношение параметра, пропорционального амплитуде шума первого электрического сигнала, к параметру, пропорциональному амплитуде шума второго электрического сигнала, а при определении приближающегося отказа дополнительно могут оценивать указанное соотношение по отношению к заданному пороговому значению. Также способ может дополнительно включать создание третьего электрического сигнала, представляющего собой акустическую энергию, распространяющуюся между третьей парой преобразователей, а при вычислении указанного соотношения дополнительно могут вычислять отношение параметра, пропорционального амплитуде шума первого электрического сигнала, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального средней амплитуде шума первого, второго и третьего электрических сигналов, являющегося числителем. При создании первого и второго электрических сигналов дополнительно могут создавать первый электрический сигнал в течение одной секунды совместно со вторым электрическим сигналом.

Также настоящее изобретение описывает систему определения приближающегося отказа преобразователей, включающую расходомер, корпус расходомера, определяющий центральный канал и связанный с трубопроводом, по которому протекает текучая среда, группу пар преобразователей, связанных с корпусом, процессор, электрически связанный с группой пар преобразователей, и запоминающее устройство, связанное с процессором и хранящее программу, выполняемую процессором, при этом процессор выполнен с возможностью по существу одновременного получения для каждой пары преобразователей из группы преобразователей представления акустической энергии, принимаемой по меньшей мере одним преобразователем из пары преобразователей, вычисления соотношения между параметром первого представления, связанного с первой парой преобразователей из группы, и по меньшей мере одним другим представлением и определения приближающегося отказа по работе первой пары преобразователей, посредством вычисленного соотношения. Процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как разности между отношением сигнал-шум для первого представления и по меньшей мере частичным отношением сигнал-шум для по меньшей мере одного другого представления, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как разности между отношением сигнал-шум для первого представления и наибольшим отношением сигнал-шум, выбранным из других представлений, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Процессор дополнительно может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого представления, и параметра, пропорционального амплитуде сигнала по меньшей мере одного другого представления, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Дополнительно процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения, как отношения параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого представления, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального наибольшему сигналу, выбранному из других представлений, являющегося числителем, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Кроме того, процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде шума первого представления, и параметра, пропорционального амплитуде шума по меньшей мере одного другого представления, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде шума первого представления, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального наибольшей амплитуде шума, выбранной из других представлений, являющегося числителем, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и анализа указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Процессор может быть выполнен с возможностью получения представления друг от друга в течение одной секунды.

Дополнительно изобретение описывает машиночитаемый носитель информации, на котором хранится программа для процессора, выполненного с возможностью получения, в течение измерительного периода, для каждой пары преобразователей группы пар преобразователей, параметра акустической энергии, принимаемого по меньшей мере одним преобразователем из пары, вычисления соотношения между первым параметром, связанным с первой парой преобразователей из группы пар преобразователей, и по меньшей мере одним другим параметром и определения приближающегося отказа по меньшей мере одного преобразователя из первой пары преобразователей по ее работе, посредством вычисленного соотношения. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как разности между отношением сигнал-шум для первого представления и отношением сигнал-шум, основанным на по меньшей мере одном другом представлении, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Кроме того, процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как разности между параметром, являющимся отношением сигнал-шум для первого представления, и параметром, являющимся наибольшим отношением сигнал-шум, выбранным из других представлений, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого представления, и параметра, пропорционального амплитуде сигнала по меньшей мере одного другого представления, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Процессор дополнительно может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого представления, и параметра, пропорционального наибольшей амплитуде сигнала, выбранной из других представлений, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде шума первого представления, и параметра, пропорционального амплитуде шума по меньшей мере одного другого представления, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде шума первого представления, и параметра, пропорционального наибольшей амплитуде шума, выбранной из других представлений, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и оценки указанного соотношения по отношению к заданному пороговому значению. Кроме того, процессор может быть выполнен с возможностью получения представлений друг от друга в течение одной секунды.

Еще один вариант настоящего изобретения описывает систему определения приближающегося отказа преобразователей, включающую расходомер, снабженный группой пар преобразователей, процессор, запоминающее устройство, связанное с процессором и хранящее программу, исполняемую процессором, и коммуникационный порт, связанный с процессором, при этом процессор выполнен с возможностью приема измеренных расходомером величин потока текучей среды, поддержания промежуточной суммы потока текучей среды через расходомер за заданный промежуток времени, получения для каждой пары преобразователей из группы параметра акустической энергии, принятой по меньшей мере одним преобразователем из пары преобразователей, посредством коммуникационного порта, вычисления соотношения между первым параметром, связанным с первой парой преобразователей из группы, и по меньшей мере одним другим параметром и определения приближающегося отказа по меньшей мере одного преобразователя из первой пары преобразователей по ее работе, посредством вычисленного соотношения. Процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как разности между параметром, являющимся отношением сигнал-шум для первого представления, и параметром, являющимся отношением сигнал-шум, основанным на по меньшей мере одном другом представлении, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и определения превышения разностью заданного порогового значения. Также процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде сигнала первого представления, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального амплитуде сигнала по меньшей мере одного другого представления, являющегося числителем, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и определения превышения разностью заданного порогового значения. Дополнительно процессор может быть выполнен с возможностью вычисления указанного соотношения как отношения параметра, пропорционального амплитуде шума первого представления, являющегося знаменателем, и параметра, пропорционального амплитуде шума по меньшей мере одного другого представления, являющегося числителем, определения приближающегося отказа первой пары преобразователей по ее работе и определения превышения разностью заданного порогового значения.

Краткое описание чертежей

При подробном описании приведенных для иллюстрации изобретения его вариантов осуществления делаются ссылки на приложенные чертежи, на которых:

на Фиг.1 показан вид сбоку сечения расходомера, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на Фиг.2 показан вид сбоку на торец расходомера, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на Фиг.3 показан вид сверху расходомера, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на Фиг.4 показана электронная схема управления расходомером, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на Фиг.5 приведен пример электрического сигнала, характерного для принимаемой акустической энергии;

на Фиг.6 представлен способ, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на Фиг.7 представлен вычислитель расхода, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

В приведенном описании используются определенные термины, которые относятся к конкретным компонентам системы. Специалисты знают, что компании, выпускающие измерительные инструменты, могут давать компонентам различные названия. В настоящем документе не делается различий между компонентами, отличающимися названиями, но не функциями.

В приведенном ниже рассмотрении и в формуле, термины "включающий" и "содержащий" используются в широком смысле и поэтому должны пониматься как "включающий, но не ограничивающийся этим…". Далее, термин "соединять" или "соединяет" подразумевает либо опосредованное, либо прямое соединение. То есть если первое устройство соединено со вторым устройством, это соединение может осуществляться путем прямого соединения или путем опосредованного соединения через другие устройства или соединения.

"Отказ" применительно к преобразователю или паре преобразователей должен означать либо переход в полностью неработоспособное состояние, либо ухудшение рабочих характеристик до уровня, где, при сохранении работоспособности, преобразователь или пара преобразователей не обеспечивают генерирование или прием акустического сигнала, пригодного для использования в ультразвуковом расходомере.

Различные варианты осуществления изобретения были разработаны на основе четырехканального или "четыреххордового" ультразвукового расходомера, и описание отчасти базируется на этих экспериментах. Однако описанные системы и способы могут быть использованы для или в любых многоканальных акустических расходомерах, и поэтому экспериментальный контекст работы и описание не должны восприниматься как ограничивающие область притязаний только четыреххордовыми ультразвуковыми расходомерами.

Различные варианты осуществления изобретения относятся к способам и системам определения в работе пары преобразователей признаков приближения их отказа. Это определение основано на параметрах генерируемой и принимаемой акустической энергии в по меньшей мере двух парах преобразователей, причем акустическая энергия принимается соответствующими преобразователями по существу одновременно (например, в пределах одного периода измерений). Другими словами, параметры, используемые для принятия решения, относятся к вырабатываемым акустическим сигналам или принимаемой акустической энергии разными парами преобразователей в пределах одного периода измерений (например, в течение одной секунды), в некоторых случаях с интервалом, измеряемым миллисекундами. Используя определение акустической энергии, принимаемой по существу одновременно, способы и системы не требуют сохранять прошлые числовые данные о работе преобразователей, благодаря чему снижается или вовсе исключается влияние воздействия условий работы на кажущееся функционирование преобразователей. Прежде чем перейти к подробному описанию различных вариантов осуществления изобретения, рассмотрим пример ультразвукового расходомера, в котором могут работать различные варианты осуществления изобретения.

На Фиг.1 показан ультразвуковой расходомер 101 для описания различных компонентов ультразвукового расходомера и их взаимодействия. Соединительный патрубок 100, пригодный для установки между секциями трубопровода, имеет заданные размеры и образует центральный канал, сквозь который протекает измеряемый поток текучей среды. Приведенная для примера пара преобразователей 120 и 130 и соответствующие им корпусы 125 и 135 расположены по длине соединительного патрубка 100. Преобразователи 120 и 130 представляют собой акустические приемопередатчики, в частности ультразвуковые передатчики, что означает, что они генерируют и принимают акустическую энергию на частотах более 20 кГц. Акустическая энергия может генерироваться и приниматься пьезоэлектрическим элементом, находящимся в каждом преобразователе. Для генерирования акустического сигнала, пьезоэлектрический элемент возбуждается электрическим синусоидальным сигналом, под воздействием которого он вибрирует. Вибрация пьезоэлектрического элемента создает акустические колебания, распространяющиеся через измеряемую текучую среду к соответствующему преобразователю пары преобразователей. Аналогично, при попадании на него акустической энергии (т.е. акустического сигнала и шумовых сигналов), приемный пьезоэлектрический элемент вибрирует и генерирует синусоидальный электрический сигнал, который детектируется, оцифровывается и анализируется электронной схемой, связанной с расходомером.

Между показанными для примера преобразователями 120 и 130 проходит под углом θ к средней линии 105 путь 110 распространения, иногда называемый "хордой". Длина "хорды" 110 представляет собой расстояние между торцом преобразователя 120 и торцом преобразователя 130. Точки 140 и 145 определяют места, где акустические сигналы, генерируемые преобразователями 120 и 130, входят в текучую среду, протекающую по соединительному патрубку 100, и выходят из него (т.е. вход в отверстие в соединительном патрубке). Расположение преобразователей 120 и 130 может быть определено углом θ, первой длиной L, измеренной между преобразователями 120 и 130, второй длиной X, соответствующей расстоянию вдоль оси между точками 140 и 145, и третьей длиной "d", соответствующей внутреннему диаметру трубопровода. В большинстве случаев, расстояния d, X и L точно определяются в процессе изготовления расходомера. Кроме того, преобразователи, например преобразователи 120 и 130, обычно располагаются на определенном расстоянии от точек 140 и 145, соответственно, вне зависимости от размеров расходомера (т.е. размера соединительного патрубка). Текучая среда, например природный газ, протекает в направлении 150 со скоростью, профиль которой изображен кривой 152. Векторы 153-158 скорости показывают, что скорость газа через соединительный патрубок 100 нарастает к средней линии 105 соединительного патрубка 100.

Вначале расположенный ниже по потоку преобразователь 120 генерирует акустический сигнал, который распространяется через текучую среду в соединительном патрубке 100, попадает на расположенный выше по потоку преобразователь 130 и детектируется им. Через короткое время (например, через несколько миллисекунд), расположенный выше по потоку преобразователь 130 генерирует ответный акустический сигнал, который распространяется обратно через текучую среду в соединительном патрубке 100, попадает на расположенный ниже по потоку преобразователь 120 и детектируется им. Таким образом, преобразователи 120 и 130 обмениваются сигналами 115 вдоль хордового пути 110. При работе, эта последовательность может повторяться тысячи раз в минуту.

Время распространения акустического сигнала 115 между преобразователями 120 и 130 зависит, отчасти, от того, в каком направлении распространяется этот сигнал относительно потока текучей среды - навстречу потоку или по потоку. Время распространения для акустического сигнала, распространяющегося по потоку (т.е. в одном направлении с потоком текучей среды), меньше времени распространения в направлении навстречу потоку (т.е. против движения потока текучей среды). Времена распространения навстречу потоку и по потоку могут быть использованы для вычисления средней скорости вдоль пути распространения сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде.

Ультразвуковые расходомеры могут иметь один или более путей распространения акустического сигнала. На Фиг.2 представлен вид сбоку на один из торцов многоканального ультразвукового расходомера. Ультразвуковой расходомер на Фиг.2 включает четыре хордовых пути А, В, С и D на разных уровнях внутри соединительного патрубка 100. Каждому хордовому пути A-D соответствует пара преобразователей, работающих поочередно как передатчик и приемник. Также показан электронный модуль 160, который получает и обрабатывает данные от четырех хордовых путей A-D распространения. Четыре пары преобразователей, соответствующие хордовым путям A-D, на Фиг.2 скрыты от наблюдателя.

Расположение четырех пар преобразователей можно проще объяснить по чертежу на Фиг.3. Четыре пары посадочных гнезд для преобразователей установлены на соединительном патрубке 100. Каждая пара посадочных гнезд для преобразователей на Фиг.2 соответствует одному хордовому пути. Первая пара посадочных гнезд 125 и 135 для преобразователей содержит преобразователи 120 и 130 (Фиг.1). Преобразователи устанавливаются под углом θ к средней линии 105 соединительного патрубка 100, отличающимся от прямого угла. Другая пара посадочных гнезд 165 и 175 для преобразователей (видны частично) и связанные с ними преобразователи установлены так, что их хордовый путь с большим интервалом образует форму "X" с хордовым путем посадочных гнезд 125 и 135 для преобразователей. Аналогично, посадочные гнезда 185 и 195 для преобразователей размещены параллельно посадочным гнездам 165 и 175, но на другом уровне (т.е. в другом радиальном положении в трубопроводе или соединительном патрубке расходомера). Не показана на Фиг.3 четвертая пара преобразователей и посадочных гнезд для преобразователей. Если рассматривать Фиг.2 и 3 совместно, то видно, что пары преобразователей расположены так, что верхние две пары преобразователей, соответствующие хордам А и В, образуют "X", и две нижние пары преобразователей, соответствующие хордам С и D, также образуют "X". Для каждой хорды A-D может быть определена скорость потока текучей среды для определения хордовых скоростей потока, а хордовые скорости потока, вместе взятые, определяют среднюю скорость потока по всему трубопроводу. На основании средней скорости потока, может быть определено количество текучей среды, протекающей в соединительном патрубке, а значит, и по трубопроводу.

На Фиг.4 показана электронная схема 200 управления ультразвуковым расходомером, в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления изобретения. Электронная схема 200 управления может располагаться в электронном модуле 160, показанном на Фиг.2, который может быть подсоединен к соединительному патрубку 100. В альтернативном варианте, электронный модуль 160 может быть с тем же успехом установлен вблизи (т.е. в пределах нескольких десятков сантиметров) соединительного патрубка. Электронная схема 200 управления включает процессор 202, соединенный с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 204, постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) 206 и коммуникационным портом 208 (СОМ). Процессор 202 представляет собой устройство, исполняющее программы для выполнения задач различных вариантов осуществления. ПЗУ 206 представляет собой постоянную память, в которой хранятся программы операционной системы, а также программы для осуществления различных вариантов выполнения. ОЗУ 204 представляет собой оперативную память для процессора 202, и перед исполнением некоторые программы и/или структуры данных могут быть скопированы из ПЗУ 206 в ОЗУ 204. В альтернативных вариантах выполнения, доступ к некоторым программам и структурам данных может быть осуществлен непосредственно из ПЗУ 206. Коммуникационный порт 208 представляет собой механизм, посредством которого расходомер осуществляет связь с устройствами более высокого уровня, например вычислителями расхода (которые могут накапливать данные по измерениям потока текучей среды от нескольких расходомеров) и системой сбора данных. В то время как процессор 202, ОЗУ 204, ПЗУ 206 и коммуникационный порт 208 показаны как отдельные устройства, в альтернативных вариантах используются микроконтроллеры, в которых заключено ядро процессора, ОЗУ, ПЗУ и коммуникационные порты.

Процессор 202 также связан с несколькими устройствами и управляет ими для посылки и приема акустических сигналов через измеряемую текучую среду. В частности, процессор 202 соединен с возбудителем 210 преобразователя, приемником 212 и двумя мультиплексорами 214 и 216 посредством линий 218 и 220 управления, соответственно. В некоторых вариантах осуществления изобретения, возбудитель 210 преобразователя включает схему генератора и схему усилителя. В этих вариантах выполнения, возбудитель преобразователя вырабатывает исходный сигнал, усиливает сигнал до уровня, достаточного для приведения в действие преобразователя, и обеспечивает согласование импедансов с преобразователями. В других вариантах выполнения, возбудитель преобразователя получает сигнал переменного тока требуемой частоты от процессора 202, усиливает сигнал и обеспечивает согласование импедансов с преобразователями. Приемник 212 также может быть представлен в различных формах. В некоторых вариантах выполнения, приемник 212 представляет собой аналого-цифровой преобразователь, который преобразует создаваемый преобразователем аналоговый сигнал, характеризующий принимаемую акустическую энергию, в цифровую форму. В некоторых случаях, приемник 212 может фильтровать и/или усиливать сигналы перед оцифровкой или после нее. Цифровая версия принятого сигнала может быть затем передана к процессору 202 для определения параметров потока текучей среды и также для определения того, не происходит ли деградации одной или более пар преобразователей (подробно рассмотрено ниже).

Процессор 202, исполняя программу, избирательно управляет мультиплексорами 214 и 216 для подсоединения каждого преобразователя каждой пары 222 преобразователей к возбудителю 210 преобразователя (для возбуждения преобразователя для создания акустического сигнала) и к приемнику 212 (для приема электрического сигнала, создаваемого преобразователем в ответ на получение акустической энергии). В некоторых вариантах выполнения, процессор 202, в течение периода измерений продолжительностью в одну секунду, дает команду каждой паре преобразователей направить примерно 30 акустических сигналов в направлении навстречу потоку и 30 акустических сигналов в направлении по потоку. С равным успехом для каждой пары преобразователей могут быть использованы большие или меньшие группы акустических сигналов, направляемых навстречу потоку и по потоку, и более длинные или короткие периоды измерений.

Возвращаясь к Фиг.4, рассмотрим пару 222А преобразователей, представляющую все пары 222 (222А, 222В, 222С, 222D) преобразователей. В настоящем описании принято, что преобразователь 224 является преобразователем-передатчиком, а преобразователь 226 является преобразователем-приемником; однако в условиях реальной работы эти роли могут попеременно изменяться. Управляемый процессором 202, возбудитель 210 преобразователя подсоединен, посредством мультиплексоров 214 и 216, к преобразователю 224. Электрический сигнал, генерируемый и/или усиленный возбудителем 210 преобразователя, передается к пьезоэлектрическому элементу в преобразователь 224 и возбуждает его, а преобразователь 224, в свою очередь, генерирует акустический сигнал. Акустический сигнал пересекает промежуток между преобразователем 224 и преобразователем 226 в измеряемой текучей среде. Для удобства изображения, пара 222А преобразователей на Фиг.4 не выстроена по линии, но при эксплуатации пара преобразователей должна быть по существу коаксиальной, как это показано на Фиг.1. За время распространения акустического сигнала между преобразователем 224 и преобразователем 226, процессор 202 изменяет конфигурацию мультиплексоров 214 и 216 для подключения преобразователя 226 к приемнику 212. Преобразователь 226 принимает акустическую энергию (т.е. акустический сигнал и шумовые сигналы), и электрический сигнал, соответствующий принятой акустической энергии, передается к приемнику 212.

На Фиг.5 для обсуждения ряда важных параметров представлен принятый сигнал 300 как функция времени. В частности, принятый сигнал 300 представляет электрический сигнал, создаваемый преобразователем в ответ на акустическую энергию внутри текучей среды. Между промежутком времени, когда первый преобразователь пары преобразователей выдает акустический сигнал и когда акустический сигнал падает на второй преобразователь пары преобразователей, второй преобразователь генерирует шумовой сигнал 302. Как только акустический сигнал падает на преобразователь, преобразователь вырабатывает сигнал 304, амплитуда и длительность которого соответствуют амплитуде и длительности акустического сигнала, генерируемого первым преобразователем.

Шумовой сигнал 302 может быть, отчасти, обусловлен рассеянной акустической энергией в измеряемой текучей среде, а отчасти, степенью исправности пьезоэлектрического элемента в преобразователе. В частности, правильно функционирующий преобразователь создает шумовой сигнал 302, имеющий амплитуду 306, пропорциональную рассеянной акустической энергии в измеряемой текучей среде и также пропорциональную собственному электрическому шуму, создаваемому пьезоэлектрическим элементом и электронной схемой управления устройством. При некоторых видах неисправностей, амплитуда 306 шумового сигнала 302 возрастает в отсутствие соответствующего увеличения рассеянной акустической энергии. При неисправностях других видов, шумовая амплитуда 306 снижается без соответствующего уменьшения рассеянной акустической энергии.

Как видно на Фиг.5, правильно функционирующий преобразователь вырабатывает сигнал 304 с амплитудой 308, пропорциональной амплитуде акустического сигнала, падающего на преобразователь. Однако по мере того как снижается степень исправности преобразователя, принимающего акустическую энергию, амплитуда 308 сигнала 304 снижается без соответствующего уменьшения энергии акустического сигнала, создаваемого вторым преобразователем пары. Аналогично, по мере того как снижается степень исправности преобразователя, генерирующего акустическую энергию, падает амплитуда сигнала, возбуждаемого в текучей среде, и в результате падает амплитуда 308 сигнала 304. Таким образом, для пары преобразователей, низкая амплитуда 308 сигнала 304 может служить свидетельством предстоящего выхода из строя одного или обоих преобразователей пары.

В соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами выполнения, исправность или рабочие характеристики пары преобразователей могут быть определены по параметрам принятой акустической энергии от по меньшей мере двух пар преобразователей, при этом акустическая энергия принимается по существу одновременно (например, в пределах одного и того же измерительного периода). Перед обсуждением параметров, иллюстрирующих варианты выполнения, в описании рассматривается согласование во времени посылки и приема сигналов в ультразвуковом расходомере. Рассмотрим, для примера, четыреххордовый ультразвуковой расходомер. В пределах использованного в качестве примера измерительного периода, равного одной секунде, ультразвуковой расходомер может направлять по каждой хорде 30 акустических сигналов в направлении навстречу потоку и 30 акустических сигналов в направлении по потоку (т.е. в измерительный период, равный одной секунде, акустический сигнал г