Акустический измеритель расстояний
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня. Цель изобретения - повышение точности измерения и обеспечение цифрового представления результатов измерения. Синхронизатор 1 запускает акустическое приемоизлучающее устройство 2 и схему 3 временного разделения сигналов, а также устанавливает в исходное состояние счетчик 6 импульсов и блок 8 сравнения временного положения импульсов. Акустическое приемоизлучающее устройство 2 излучает акустические импульсы в сторону реперных отражателей 10. 11 и в сторону
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 F 23/38
1ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4492370/10 (22) 10.10.88 (46) 15.06.91. Бюл. М 22 (71) Каунасский политехнический институт им. А.Снечкуса (72) Й.Ю.Раманаускас (53) 681.2.534.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1160244, кл. G 01 F 23/28, 1983.
Авторское свидетельство СССР
N.. 1448211, кл. G 01 F 23/28, 1985.
Ланцов А.Л., Зворикин Л.Н. и Осипов
И.е. Цифровые устройства на комплементарных МДП интеграл ьн ых микросхемах.
М,; Радио и связь, 1983, с, 272, 252 (рис. 9.103 и 255 (рис, 9.14).. Ы 1656331 А1 (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня. Цель изобретения — повышение точности измерения и обеспечение цифрового представления результатов измерения. Синхронизатор 1 запускает акустическое приемоизлучающее устройство 2 и схему 3 временного разделения сигналов, а также устанавливает в исходное состояние счетчик 6 импульсов и блок 8 сравнения временного положения импульсов. Акустическое приемоизлучающее устройство 2 излучает акустические импульсы в сторону реперных отражателей 10. 11 и в сторону
1656331 объекта 14 и принимает отраженные от них ультразвуковые импульсы, которые затем разделяются и появляются на выходах схемы 8 временного разделения сигналов, Триггер 4 запускается импульсом, отраженным от отражателя 10, и опрокидывается импульсом, отраженным от объекта 14. При этом в генераторе 5 возникает генерация, и временной интервал, сформированный триггером 4, заполняется импульсами, которые подсчитываются счетчиком 6 и число
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояний или уровней акустическими волнами.
Цель изобретения — повышение точности измерения и получение цифрового выхода информации.
На фиг.1 показана функциональная схема акустического измерителя расстояний; на фиг.2 — зпюры сигналов, характеризующие его работу; на фиг.3 — схема КУГИ, на фиг.4 — дешифратор фиксированного числа; на фиг.5 — схема блока сравнения временного положения импульсов.
Акустический измеритель расстояний содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, акустическое приемоиэлучающее устройство 2, схему 3 временного разделения сигналов, второй вход которой соединен со синхронизатором, триггер 4, второй вход которого соединен с измерительным выходом схемы 3 временного разделения сигналов, ключевой управляемый генератор 5 импульсов, счетчик 6, вход установки в исходное состояние которого соединен со синхронизатором 1, дешифратор 7 фиксированного числа, блок 8 сравнения временного положения импульсов, второй сравнивающий вход которого соединен с вторым реперным выходом схемы 3 временного разделения сигналов, а вход установки в рабочее, состояние соединен со синхронизатором 1, и фильтр 9 нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом ключевого управляемого генератора 5 импульсов и два реперных отражателя 10 и 11, Дополнительно для индикации цифровой измерительной информации с выхода счетчика 6 к последнему последовательно подсоединены буфер 12, вход переноса которого соединен с измерительным выходом схемы 3 временного разделения сигналов, и индикатор 13. Расстояние измеряется до отражателя 14.
Акустический измеритель расстояний работает следующим образом.
45 которых равно измеряемому расстоянию.
Цепочка иэ последовательно соединенных дешифратора 7 фиксированного числа, блока 8 сравнения временного положения импульсов и фильтра 9 нижних частот управляет частотой генератора 5 в соответствии с величиной скорости звука в среде.
Этим обеспечивается независимость результатов измерения уровня от скорости звука, повышается точность и обеспечивается цифровой выход. 5 ил.
Синхронизатор 1 формирует импульс (фиг.2а), который запускает акустическое приемоиэлучающее устройство 2 и схему 3 временного разделения сигналов, а также устанавливает в исходное состояние счетчик 6 импульсов. Акустическое приемоизлучающее устройство 2 излучает акустические импульсы в сторону реперных отражателей
10 и 11 и в сторону обьекта 14, расстояние до которого измеряется, Отразившись от реперного отражателя 10, акустический импульс принимается акустическим приемоизлучэющим устройством 2 и через схему 3 временного разделения сигналов (фиг.2б) устанавливает триггер 4 в единичное состояние (фиг.2д). КУГИ 5 начинает генерировать импульсы, синхронные с началом импульса триггера 4 (фиг,2д). Отразившись от реперного отражателя 11, акустический импульс принимается акустическим приемоизлучающим устройством 2 и через схему 3 временного разделения сигналов поступает на второй вход блока 8 сравнения временного положения импульсов (фиг,2в), На первый вход блока Б поступает импульс из дешифрэтора 7 тогда, когда счетчик 6 сосчитает такое количество импульсов. которое дешифрует дешифратор 7 фиксированного числа. Если на первый вход блока 8 приходит импульс раньше (фиг.2е), чем импульс, отразившийся от реперного отражателя 11 (фиг,2в), тогда блок
8 выдает отрицательный импульс, который приводит к понижению напряжения на выходе фильтра 9 нижних частот (фиг,2и). Это приводит к снижению частоты КУГИ 5, à е следующий период зондирования временное рассогласование уменьшится между входными импульсами блока 8, В результате после нескольких периодов зондирования устанавливается временное совпадение поступающих на вход блока 8 импульсов и измеритель может в дальнейшем выдавать информацию об измеряемом расстоянии не зависящую от скорости распространения звука в среде. Если импульс от реперного
1656331 отражателя 11 опережает импульс, поступающий на другой вход блока 8 от дешифратора 7, тогда блок 8 формирует положительный импульс, который приводит 50 к увеличению напряжения на выходе фильтра 9 и к увеличению частоты, генерируемой
КУГИ 5. В дальнейшем опять наступает равновесие. Напряжение на выходе фильтра 9 нижних частот меняется только в течение 55 времени рассогласования входных импульсов блока 8 сравнения временного положения импульсов, который в рабочее состояние каждый период зондирования приводит синхроимпульс от синхронизатора (фиг.2а). Отразившись от объекта 14, акустический импульс принимается акустическим приемоизлучающим устройством 2 и через схему 3 временного разделения сигналов поступает на триггер 4 5 (фиг.2г) и устанавливает его в нулевое состояние (фиг.2д). КУГИ 5 прекращает генерирование импульсов (фиг.2е) и счетчик 6 останавливается, Информация на выходе счетчика 6 выражена в цифровом виде и 10 соответствует измеряемому расстоянию до объекта 14. Для индикации измерительной информации счетчика 6 к последнему подсоединены буфер 12 и индикатор 13. Информация со счетчика 6 нэ выход буфера 12 15 переносится в момент приема импульса, отраженного от обьекта 14 (фиг.2f).
Особенность схемы КУГИ 5 (фиг 3) гостоит в том, что она > енерирует импульгы синхронные с входным запускающим им- 20 пульсом (фиг,2д). Это необходимо для то о. чтобы обеспечить погрешность слежения фиксированного числа импульсов КУГИ 5 за вторым реперным импульсом (фиг.2в), меньшую чем период следования импульсов КУ- 25
ГИ 5. Это происходит потому, что всегда
«звестны >>азовые соотношения геиериг уемых КУГИ 5 импульсов с запускающим сго импульсом (фиг.2д).
Дешифратор 7 фиксированного чи ла 30 дешифрует цифру 50. если на выходе r. If.òчика бдвоично-десятичный код. а оба входа подсоединены к 5-му и 7 му разряд;>м счетчика. т,е, на выходе этого деши 1ратора поя >ляется положительньй фронт тогда. когда> 35 например, втрехрэзрядном с >етчике 6> за<1 исировано положение 0000 "010 0000
Блок 8 сравне> ия pf: >nfl!fffoff> f,f,;I „+: ния импульсов перед кл.:,>. 1 soll>-,«,; >;:лнием устанавливается л и.;ходно. рл >Оч»: 40 состояние импульсом ur oil lxf . Пь.;пп,;,, ТОГДа В ТОЧКЕ МЕЖДУ Р„ Çëf. I(>f»; >nfl >,Л,,>,+.с>ние равно приблизитель»О f.: I<>III III.; пит» ющего микросхему н:.Iпрч. еllf1lo >! ;;I транзистора закрыты. -ели пе; дым пОлО, . 1- 45 тельный фронт приходит " Ьх1, тогда > а выходе верхнегб триггера формируется отрицательный фронт, в результате нижний транзистор открыаается, Когда приходит второй положительный фронт во Вх2, тогда инвертированный выход нижнего триггера приобретает состояние "1", и нижний транзистор закрывается. После воздействия синхроимпульса схема опять готова к работе. Если первый положительный фронт приходит so 8x2, тогда в течение времени рассогласования входных фронтов открыт верхний транзистор. Таким образом, обеспечивается изменение напряжения на выходе фильтра 9 нижних частот только в течение времени рассогласования входных положительных фронтов, Это позволяет с высокой точностью осуществить слежение фиксированного числа периодов КУГИ 5 эа отраженным от второсо реперного отражателя 11 сигналом, Предложенный акустический измеритель расстояний имеет высокую точность измерения, так как нет таких источников погрешностей, как нелинейности интегратора, управляемого усилителя, нестабильности опорного напряжения; повышенную помехоустойчивость благодаря связи блока
8 со гинхронизатором 1, так как это позволяет после воздействия сильной импульсной помехи на одном из входов блока 8 в следующий период зондиооеания установить схему в нормальнь>й рабочий режим; г>овышенную точность измерения or первого реперного отрлжателя 10, так как искажения сигнала в промежутке между блоком 2 и отражателем 10 не оказывают сильного влияния на точность измерения; возможность синхронизироваться внешним устройством, так как для синхронизатора не нужна обратная синхронизирующэя связь, причем информация oh измеряемом расстоянии получается в цифровом виде и не зависит от скорости распространения звука в среде.
Формула изобретения
Акустический измеритель расстояний, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, акустическое приемоизлучающее устройство и схему временного разделения сигналов, соединенную с синхронизатором, двэ реперных отражателя и триггер, первый и второй входы которого соединены с первым реперным и измерительным вь>. Одами схемы временного разделг.ния сигналов. О т л и ч а ю шийся тем, чтсь С Цвль>О > OH&II>I .Ifllff тОчнОСти и ПОлучЕ ния ци+поьпгс> ньl. Ода измеритель снабжен
»Осл g
Фи1. Ф
Фиг. 2
Cm.синх().1
Составитель А. Прототопов
Техред M,Moðãåíòàë Корректор Т. Палий
Редактор М. Келемеш
Заказ 2045 Тираж 427 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 счетчиком, вход установки в исходное состояние которого соединен с синхронизатором, дешифратором фиксированного числа, блоком сравнения временного положения импульсов, второй вход которого соединен 5 с вторым реперным выходом схемы временного разделения сигналов. а вход установки в рабочее состояние соединен с синхронизатором и фильтром нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом ключевого управляемого генератора импульсов,
