УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОМЕТРИИ

Полезная модель относится к области звукодальнометрии и акустического управления и может быть использовано для измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.
Известны устройства акустической дальнометрии по методу однонаправленного измерения (Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы измерения расстояний и управления. - М.: Энергоиздат, 1981. - С.19-20, рис.1-7, рис.1-8), содержащие излучатель ультразвуковых колебаний, приемник ультразвуковых колебаний, регистратор, обеспечивающий измерение расстояния до объекта по времени прохождения ультразвуковых колебаний от излучателя до приемника.
Известно устройство акустической дальнометрии (патент РФ №71450, МПК (2006.01), G 01 S 15/08, опубл. 2008.03.10), выбранное в качестве прототипа, содержащее акустический дальномер с приемо-излучающим акустическим датчиком, установленные с внешней стороны трубы, а на объекте, перемещаемом внутри трубы установлено устройство генерирования активного ответа, содержащее регулятор порога, к которому последовательно подключены компаратор, генератор и излучатель, при этом приемник соединен с компаратором
Недостатком известных устройств является высокая погрешность определения расстояния до внутритрубного объекта, обусловленная зависимостью скорости распространения ультразвукового сигнала от температуры, давления и состава среды, заполняющей трубопровод.
Задачей полезной модели является создание устройства акустической дальнометрии, позволяющего уменьшить погрешность измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство акустической дальнометрии, так же как в прототипе, содержит акустический дальномер с приемо-излучающим акустическим датчиком, установленные с внешней стороны трубы, а на объекте, перемещаемом внутри трубы установлено устройство генерирования активного ответа.
Согласно полезной модели блок управления и второй акустический дальномер, установлены с внешней стороны трубы, причем блок управления связан с первым и вторым акустическим дальномерами, установленными в разных точках трубы.
За счет использования блока управления и второго акустического дальномера, установленных с внешней стороны трубы, причем блок управления связан с первым и вторым акустическим дальномерами, установленными в разных трубы, обеспечивается возможность определения скорости распространения ультразвука в среде заполняющей трубу, путем деления удвоенного расстояния между первым и вторым акустическими дальномерами на разность двунаправленного времени распространения сигналов между внутритрубным объектом и первым и вторым акустическими дальномерами, и использование полученного значения скорости для определения расстояния до внутритрубного объекта, обеспечивается возможность уменьшить погрешность измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.
В таблице показаны результаты измерения удаления внутритрубного объекта от первого акустического дальномера.
Устройство акустической дальнометрии (фиг.1) содержит блок управления 1, первый дальномер 2, установленный в первой точке на внешней стороне трубы 3, второй дальномер 4, установленный в другой точке на внешней стороне трубы 3 и устройство генерирования активного ответа 5, установленное на внутритрубном объекте 6, перемещаемом во внутритрубном пространстве.
Блок управления 1 связан с первым дальномером 2, установленным на внешней стороне трубы 3, и вторым дальномером 4, установленным на внешней стороне трубы 3 на фиксированном расстоянии от первого дальномера 2.
Блок управления 1 может быть выполнен на любом микропроцессоре, например, ATMEGA 8, дальномеры 2 и 4 должны быть акустическими, например, по патенту РФ №2315335 МПК (2006.01) G01S1 5/08, устройство генерирования активного ответа 5 может быть выбрано из патента РФ №2315335 МПК (2006.01) G01S1 5/08. В качестве внутритрубного объекта может быть выбран внутритрубный скребок или герметизатор.
Вначале блок управления 1 выдает разрешающий сигнал на первый дальномер 2, который осуществляет подачу зондирующего сигнала на внутритрубный объект 6, перемещаемый внутри трубы 3, и прием ответного сигнала от устройства генерирования активного ответа 5, располагаемого на внутритрубном объекте 6. После приема ответного сигнала первый дальномер 2 определяет время двунаправленного распространения ультразвука до внутритрубного объекта 6 и передает его в блок управления 1. Затем блок управления 1 выдает разрешающий сигнал на второй дальномер 4, который осуществляет подачу зондирующего сигнала на внутритрубный объект 6, перемещаемый внутри трубы 3, и прием ответного сигнала от устройства генерирования активного ответа 5, расположенного на внутритрубном объекте 6. После приема ответного сигнала второй дальномер 4 определяет время двунаправленного распространения ультразвука до внутритрубного объекта 6 и передает его в блок управления 1. Блок управления 1 производит вычисление скорости распространения ультразвука в среде, заполняющей трубопровод по формуле:
,
1
где t - время двунаправленного распространения ультразвука от первого дальномера 2 до внутритрубного объекта 6,
2
t - время двунаправленного распространения ультразвука от второго дальномера 4 до внутритрубного объекта 6,
L - расстояние между первым 2 и вторым 4 дальномерами.
После этого блок управления 1 использует вычисленную скорость для расчета расстояния до внутритрубного объекта.
Результаты стендовых испытаний устройства акустической дальнометрии, приведенные в таблице, показывают возможность измерения расстояния этим устройством в различных средах с высокой точностью измерения. Погрешность измерения расстояния не превышает 0,02 метра в диапазоне от 0,5 до 3,0 метров. Погрешность измерения расстояния у прототипа составляет 0,04 метра, что в два раза больше, чем у предлагаемого способа.
Устройство акустической дальнометрии
Фиг.1
Таблица
Дальность, измеренная рулеткой (м)
Показание дальномера в воде (м)
Показание дальномера в солевом растворе (м)
Максимальная абсолютная погрешность измерения (м)
Погрешностьизмерения прототипа (м)
3,0
3,02
3,01
0,02
0,01
2,5
2,50
2,51
0,01
0,03
2,3
2,29
2,31
0,01
0,04
1,7
1,71
1,72
0,02
0,02
1,3
1,29
1,3
0,01
0,03
0,9
0,89
0,89
0,01
0,01
0,5
0,51
0,49
0,01
0,01