Акустический измеритель расстояния

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до преграды в газовых и жидких средах. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых расстояний. Акустический преобразователь возбуждается либо на частоте основной гармоники, либо на частоте пятой гармоники в зависимости от расстояния до преграды. За счет этого при одинаковом количестве периодов несущей частоты в том и в другом случае на малых расстояниях длительность зондирующего импульса меньше. При этом уменьшается "мертвая зона" и, следовательно, увеличивается диапазон. 3 ил.

1532892 тервалов, при этом к компаратору 8 подключено опорное напряжение Б

Генератор 9 тактовых импульсов состоит из генератора 15 видеоимпуль"

S сов отрицательной полярности, работающего с периодом повторения Т., ключа 16, не пропускающего импульсы с блока 15 в режиме синхронизации, ь нвертора 17, первого ждущего мульти- 10 вйбратора 18, обеспечивающего задержку вырабатывания импульса. положительв ой полярности на время С „, генератора

1 9 видеоимпульсов положительной поярности, схемы ИЛИ 20 и второго жду- jS его мультивибратора 21, обеспечивающего запирание ключа 16 при приеме отраженных сигналов, и второй схемы

22, служающей для развязки блоков

1 8, 19 и 21. 20

Акустический измеритель расстояния

1 аботает следующим образом.

При включении устройства в момент (см.фиг.2) измеритель 13 временных интервалов автоматически уста- 2S вдавливается в исходное (закрытое) фостояние. Компенсационное синхрокольцо 11 находится постоянно в возбужденном состоянии. Триггер 7 может находиться в одном из двух состояний -З0 единичное состояние на его первом выходе либо единичное состояние на го втором выходе.

Если после включения устройства а первом выходе триггера 7 устаавливается единичное состояние (эпю35 а 2), то открывается первый ключ 5.

В момент времени с„на выходе генератора 9 тактовых импульсов появляется короткий видеоимпульс отрицательной полярности (эпюра 1). Этот

Импульс поступает на первый вход:измерителя 13 временных интервалов, подтверждая его исходное состояние, а через открытый первый ключ 5 — на .пер45 вый вход генератора 1 импульсов возбуждения. Этим импульсом генератор 1 не запускается, поскольку для этого требуется импульс положительной полярности. Необходимо отметить одну особенность работы тактового генератора 9. B автоколебательном режиме он генерирует два видеоимпульсаотрицательной и положительной поляр- ности, следующие один за другим через некоторый промежуток времени Г,, с периодом повторения этих двух импульсов Т (зпюра 1) немного большим, чем время, необходимое для двойного прохождения максимального лоцируемого расстояния. B режиме синхронизации, т.е. при запуске блока 9, от принятых эхосигналов генератор 9 генерирует видеоимпульсы только положительной полярности.

В момент времени t на выходе генератора 9 появляется видеоимпульс положительной полярности (эпюра 1), которым запускается измеритель 13 временных интервалов (энюра 8), через схему

ИЛИ 10 опрокидывается (эпюры 2, 3) триггер 7 (единичное состояние на его втором выходе, нулевое — на первом, тем самым закрывается первый ключ 5 и открывается второй ключ 6) ,и через открытый первый ключ 5 поступает на первый вход генератора 1 импульсов возбуждения.

При этом генератор 1 вырабатывает радиоимпульс (эпюра 4) с частотой заполнения f,, равной частоте пятой гармоники резонансного акустического преобразователя 3. Радиоимпульс с выхода генератора 1 через коммутатор

2 поступает на акустический преобразователь 3, в котором преобразуется в акустический и излучается в среду в сторону преграды. Если за время Т отраженный эхосигнал не появляется, генератор 9 тактовых импульсов опять генерирует отрицательный, а через некоторое время — положительный видеоимпульсы, Отрицательным видеоимпульсом закрывается измеритель 13 временных интервалов (эпюра 8), а находящейся в нем буферной памяти дается

° . команда запрета выдачи информации на регистрирующее устройство. Следующим после отрицательного импульса положительным импульсом опять запускается г измеритель 13 временных интервалов (эпюра 8) (с переводом в нулевое состояние счетчика внутри этого блока) через открытый второй ключ 6 — генератор 1 импульсов возбуждения (эпюра 4). 3 этом режиме генератор 1 вырабатывает радиоимпульс с частотой заполнения f, равной частоте основного резонанса акустического преобразователя 3, при этом число периодов в з аполнении одинаково в обоих режимах работы генератора 1. С выхода генератора l радиоимпульс через коммутатор 2 поступает на акустический преобразователь 3, и излучается акустический Импульс. Отраженный от преграды 14 эхосигнал прини153

5 мается этим же преобразователем, преобразуется в электрический и через коммутатор 2 поступает на приемное устройство 4 (эпюра 5), в котором проходит первичную обработку,после чего поступает на компаратор 8, в котором выделяется только та часть сигнала, которая превышает заданный уровень U, (эпюра 6) . На выходе компаратора формируется импульс (эпюра

7), форсирующий момент прихода отраженного сигнала. Этот импульс через схему ИЛИ 10 поступает на вход триггера 7 и опрокидывает его, что приводит к появлению единичного состояния на первом его выходе (эпюра 2) и тем самым открыванию первого клкча

5.Второй ключ 6 при этом закрывается.

Импульс с выхода компаратора 8 пос,упает также на второй вход измерителя 13 временных интервалов, закрывая его (эпюра 8), и через линию 12 задержки на синхронизирующий вход, генератора 9 тактовых импульсов . Лйния 12 задержки необходима для того, 1 чтобы до появления импульса с генератора 9 стабилизировался режим измерителя 13, триггера 7, а также первого 5 и второго б ключей.

Генератор 9 генерирует один импульс положительной полярности (эпюра 1), который запускает измеритель

13 временных интервалов (эпюра 8), разрешает выдачу информации с буферной памяти на регистрирующее устройство (которая может входить в состав измерителя 13), а также через открытый первый ключ 5 возбуждает генератор 1 и опрокидывает триггер 7. При этом ключ 5 закрывается, а ключ 6 открывается. Радиоимпульс с частотой заполнения f 5f z с выхода генератора 1 (эпюра 4) через коммутатор 2 поступает на акустический преобразователь 3 и излучается акустический импульс. При появлении отраженного от преграды 14 сигнала (это означает, что расстояние до преграды небольшое и позволяет работать в режиме с большой рабочей частотой, тем самым с коротким радиоимпульсом . и соответственно с малой "мертвой зоной")он преобразуется преобразователем 3 в электрический, через коммутатор 2, приемное устройство 4 поступает на компаратор 8, на выходе которого формируется видеоимпульс (эпюра 7). Этот импульс через схему

2892 6

ИЛИ 10 опрокидывает триггер 7, закрывает изиеритель l3 временных интервалов, дает разрешение буферной памяти в этом измерителе на выдачу информации на регистрирующее устрой«. ство, а также синхронизирует работу генератора 9 тактовых импульсов, и процесс излучения короткого радиоим10 пульса с частотой заполнения f, повторяется, Измеритель в данном режиме будет работать до тех пор, пока амплитуда принятых зхосигналов будет достаточно больщой для, срабатывания компаратора 8. Если эа время Т на вы,ходе компаратора 8 видеоимпульс не появляется (причиной этого может быть малая амплитуда принятых эхосигналов из-за увеличения расстояния до пре20 грады), генератор 9 переходит в автоколебательный режим и генерирует следующие один за другим отрицательный и положительный видеоимпульсы (эпюра 1). Отрицательным видеоимпульсом

25 закрывается изиеритеть 13 временных интервалов (эпюра 8), находящейся в нем буферной памяти дается запрет на выдачу информации на регистрирующее устройство. Следующий после отрицательного положительный импульс запускает измеритель временных интервалов, а через открытый второй ключ 6 поступает на второй вход генератора

1 импульсов возбуждения. Генератор

35 генерирует радионмпульс с низкой частотой заполнения f, и акустическим преобразователем 3 излучается акустический импульс с той же низкой частотой заполнения f . Поскольку ннз40 кочастотный сигнал распространяется в среде с меньшим затуханием,.принятый эхосигнал имеет амплитуду, достаточную после обработки в приемном устройстве 4, для срабатывания схемы

45 компаратора 8. На выходе компаратора появляется импульс (эпюра 7), и процесс измерения повторяется с периодическим переключением на режим излучения акустических импульсов с высо50 кой частотой заполнения °

Если амплитуда принятых и обработанных приемным устройством эхосигналов является недостаточной как в режиме излучения высокочастотных, так

55 и низкочастотных акустических сигналов или эхосигналы вовсе не принимаются (расстояние превышает максимальное измеряемое, отсутствие жидкости в случае изиерения в жидкостях, 1532892 появляется посторонний объект, находящийся под. углом направления излучения - приема акустических сигналов), измеритель работает в режиме излучения — приема акустических низкочастот5 ных сигналов. В этом режиме он будет работать до появления на выходе приемного устройства эхосигнала достаточной амплитуды, после чего перейдет 10 в"режим, соответствующий измеряемому расстоянию.

Формула изобретения

Акустический измеритель расстояния, 5

, содержащий генератор импульсов возбуждения, акустический преобразователь, приемное устройство,:компенса ционное синхрокольцо, соединенный с ним измеритель временных интервалов, ,генератор тактовых импульсов, и схему

ИЛИ, о т л и ч а ю щ и " c я тем, что, с целью расширения диапазона из меряемых расстояний, он снабжен комму-25

t f татором, первым и вторым ключом, первые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом измерителя временных интервалов, а выходы - с входами генератора импульсов возбуждения,триггером, вход которого соединен с выходом схемы ИЛИ, а выходы с вторыми входами первого и второго ключей, компаратором, первый вход которого соединен с выходом приемного устройства, а выход - с первым входом схемы ИЛИ и вторым входом, измерителя временных интервалов, и линией задержки, вход которой соединен с выходом компара-. тора, а выход — с генератором тактовых импульсов, второй вход схемы

ИЛИ подключен к выходу первого ключа, акустический преобразователь через коммутатор подключен к генератору кжульсов возбуждения и приемному устройству, а второй вход компаратора предназначен для подключения опорного напряжения.

I 532892

Фиг.2

Составитель В. Кольцов

Техред И.Дидык Корректор О.Кравцова

Редактор О. Спесивых

Заказ 8096/52 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101