Устройство для подсчета рыб в потоке воды

 

Назначение: в области автоматики и рыбопоисковой гидроакустической техники для подсчета рыб на проходе их к местам нерестилищ в руслах рек, заливах морей, лиманах, а также в каналах и рыбоходных сооружениях. Сущность изобретения: устройство включает N счетных независимых идентичных каналов, каждый из которых содержит преобразователь ультразвуковой, последовательно соединенные блок управления и передающий тракт, последовательно соединенные приемный тракт, систему временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и пиковый детектор, а также счетчик, выход которого является выходом канала, коммутатор прием-передача, подключенный к выходу передающего тракта и ко входу приемного тракта и соединенный с преобразователем ультразвуковым, первый компаратор, вход которого подключен к выходу пикового детектора, а выход соединен с первым входом схемы совпадения, последовательно соединенные второй компаратор, интегратор и таймер, второй вход которого связан со входом блока управления, вход второго компаратора подключен ко входу первого, а выход таймера соединен со вторым входом схемы совпадения, выход которой связан со входом счетчика, а второй вход блока управления связан со вторым входом системы ВАРУ. Устройство также содержит мультиплексор, входы которого соединены с информационными выходами счетных каналов. Устройство содержит также мультиплексор, входы которого соединены с выходами счетных каналов, блок синхронизации, выходы которого подключены ко входам блоков управления и ко вторым входам таймеров каждого канала, селектор каналов, выход которого подключен ко входу управления мультиплексором, а выход последнего связан со входом устройства индикации, являющегося выходом устройства. Устройство обеспечивает расширение площади учетной зоны безотносительно к условиям в месте его установки. 2 ил

Изобретение относится к области автоматики и рыбопоисковой гидроакустической техники и может быть использовано в системах подсчета рыб на проходе их к местам нерестилищ непосредственно в руслах рек. заливах морей, лиманах, а также в каналах и рыбоходных сооружениях.

Известно устройство для селективного подсчета рыб в потоке воды (а. с. СССР N 644424, кл. A 01 К 61/00, 1979), имеющее в своем составе гидроакустическую антенну, одноканальный приемно-передающий тракт и счетно-логическую схему. К недостаткам этого устройства следует отнести то, что одноканальное построение приемно-передающего тракта сужает возможности системы в смысле расширения площади учетной зоны.

Известно устройство для количественного подсчета рыб в потоке воды (патент СССР N 352431, кл. А 01 К 61/00, 1972), содержащее несколько преобразователей ультразвука с усилителями, селекторным блоком и детекторами. Для полного перекрытия поперечного сечения воды один преобразователь ультразвука установлен на дне, а другой на поверхности воды с возможностью его перемещения при изменении уровня воды. Кроме этого, для определения направления перемещения рыб, преобразователи ультразвука установлены попарно на противоположных берегах со смещением в направлении течения воды. Такое построение гидроакустической системы предполагает устройство в водном потоке специальных гидротехнических сооружений, обеспечивающих определенное взаимное расположение преобразователей ультразвука. При этом важно обеспечить стабильность взаимного расположения донного и поверхностного преобразователей. Вышеизложенное определяет такой недостаток рассматриваемого устройства, как жесткая привязка к одному месту постановки и исключает его использование в произвольном месте водоема. К недостаткам этого рыбосчетного устройства относится также и то, что количество каналов в селекторном блоке выбирается равным предположительному максимальному количеству рыб, плывущих параллельно. Это в большинстве случаев определяет избыточность аппаратуры и не позволяет получать информацию о динамике численности рыб в поперечном сечении водного потока.

Устройства-аналоги имеют в своем составе следующие узлы общие с заявляемым устройством преобразователь ультразвуковой, приемный тракт, передающий тракт, детектор.

Наиболее близким к заявляемому устройству техническим решением является устройство для подсчета рыб в потоке воды ( а. с. СССР. N 1242083, кл. А 01 К 61/00, 1986), выбранное в качестве прототипа.

Устройство, выбранное в качестве прототипа (фиг. 3) содержит гидроакустическую антенну (ГА), передающий тракт (ПТ), приемный тракт (ПРТ), систему временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), пиковый детектор (ПД), амплитудный анализатор (АА) и многоканальную счетно-логическую схему с блоком управления (БУ), при этом каждый канал системы состоит из регистра счета (РС), регистра запоминания (РЗ), регистра вычитания (РВ), регистра суммирования (РСУМ) и счетного механизма (СМ).

В канале счетно-логической схемы выходы регистра счета (PC) связаны со входом регистра вычитания (РВ): причем один непосредственно, а другой - через регистр запоминания (РЗ), выход регистра вычитания соединен со входом регистра суммирования (РСУМ). а выход последнего со входом счетного механизма (СМ).

Устройстве-прототипе производится подсчет рыб различных размерных групп с помощью амплитудного анализатора (АА), подключенного к счетному механизму (СМ).

Основным недостатком устройства-прототипа является пространственная одноканальность гидроакустического тракта, что ограничивает возможности устройства в смысле расширения площади учетной зоны. Кроме этого, блок управления устройства-прототипа осуществляет селекцию эхо-сигналов в фиксированном пределе дальности, что исключает возможность изменения глубины учетной зоны при изменении уровня воды вследствие наличия приливно-отливных явлений, волнения и проч.

Указанные недостатки устройства-прототипа существенно ограничивают область его практического применения.

Предлагаемое устройство для подсчета рыб в потоке воды решает задачу расширения площади учетной зоны при многоканальном гидроакустическом тракте безотносительно к условиям в месте постановки, обеспечения поканальной автоматической адаптации к изменяющемся гидрологическим условиям, построения гидроакустического тракта по совмещенной схеме за счет введения коммутатора прием-передача в каждый канал.

Это позволяет расширить возможности системы по выбору места учета, исследовать динамику численности рыб в поперечном сечении учетного створа, устранить необходимость применения специальных гидротехнических сооружений, что уменьшает трудовые и временные затраты при проведении рыбоучетных мероприятий. Исключение необходимости возведения гидросооружений (рыбоходы, каналы и т. д. ) позволяет сохранить русло водоема в естественном состоянии, не нарушать естественные миграционные маршруты рыб, что благоприятно сказывается на общей экологической обстановке.

Решаемая задача обеспечивается тем, что в устройство для подсчета рыб в потоке воды, содержащее счетный канал, включающий преобразователь ультразвуковой, последовательно соединенные блок управления и передающий тракт, последовательно соединенные приемный тракт, систему временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и пиковый детектор а также счетчик, выход которого является выходом канала, дополнительно включено независимых счетных каналов. Каждый из N каналов включает в себя коммутатор прием передача, подключенный к выходу передающего тракта и ко входу приемного тракта и соединенный с преобразователей ультразвуковым, первый компаратор, вход которого подключен к выходу пикового детектора, а выход соединен с первым входом схемы совпадения, последовательно соединенные второй компаратор, интегратор и таймер. При этом вход второго компаратора подключен ко входу первого, а выход таймера соединен со вторым входом схемы совпадения, выход которой связан со входом счетчика, а второй вход блока управления связан со вторым входом системы ВАРУ. Устройство также содержит мультиплексор, входы которого соединены с информационными выходами счетных каналов, блок синхронизации, выходы которого подключены ко входам блоков управления и вторым входам таймеров каждого канала, селектор каналов, выход которого подключен ко входу управления мультиплексором, выход последнего связан со входом устройства индикации, являющегося выходом устройства.

Таким образом, наличие существенных признаков, отличных от прототипа, свидетельствует о новизне технического решения.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства для подсчета рыб в стоке воды.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока управления.

Заявляемое устройство для подсчета рыб в потоке воды содержит N счетных каналов, каждый из которых включает в себя: преобразователь ультразвуковой 1, передающий тракт 2, приемный тракт 3, систему ВАРУ 4, пиковый детектор 5, коммутатор прием-передача 6, блок управления 7, первый компаратор 8, второй компаратор 9, интегратор 10, таймер 11, счетчик 1, схему совпадения 13, блок синхронизации 14 и мультиплексор 15, селектор каналов 16, индикаторное устройство 17 Вход приемного тракта 3 подключен к коммутатору прием-передача 6, соединенному с преобразователем ультразвуковым 1. Выход приемного тракта 3 подключен ко входу системы ВАРУ 4, выход которой соединен со входом пикового детектора 5. Управляющий вход системы ВАРУ 4 соединен с первым выходом блока управления 7, второй выход которого связан с передающим трактом 2. Выход передающего тракта 2 через коммутатор прием-передача 6 связан с преобразователем ультразвуковым 1. Таким образом достигается совмещенный режим работы преобразователя 1. Блок управления 7 представляет собой последовательно соединенные триггер Шмитта 18, вход которого является входом блока управления 7, формирователь импульсов 19, первый выход которого подключен к входу системы ВАРУ, 4 а второй выход подключен к входу генератора 20, выход которого через эмиттерный повторитель 21 связан с входом передающего тракта. Выход пикового детектора 5 подключен параллельно к входам первого 8 и второго 9 компараторов соответственно. Первый компаратор 8 предназначен для выделения эхо-сигналов от рыб заданных размерных групп и формирования счетных импульсов. Выход первого компаратора связан со входом схемы совпадения 13. Второй компаратор 9 входит в тракт автоматической адаптации и его выход является входом интегратора 10. Выход интегратора 10 подключен к входу управления таймером 11. Выход таймера 11 подключен к второму входу схемы совпадения 13, выход которой соединен ее счетным входом счетчика 12. Устройство всех N счетных каналов идентичны. Выходы счетчиков всех N каналов подключены к входам мультиплексора 15. Состоянием мультиплексора 15 управляет селектор каналов 16. Выходы мультиплексора 15, содержащие информационный двоично-десятичный код, соединены со входом устройства индикации 17. Работа всего устройства управляется блоком синхронизации 14 Для обеспечения стабильности, идентичности и повторяемости характеристик приемного и передающего трактов узлы и блоки устройства реализуются на цифровых микросхемах КМОП серий К561 и К176. Временные интервалы формируются с помощью генератора с кварцевой стабилизацией частоты. Применение микросхем КМОП с высокой степенью интеграции способствует снижению масса-габаритных показателей заявляемого устройства и позволяет реализовать основные узлы и блоки (таймеры, счетчики, формирователи, мультиплексор) по типовым схемам.

Устройство для подсчета рыб в потоке воды работает следующим образом. Импульсы синхронизации периодом следования Т и длительностью t формируются в блоке синхронизации 14. С выхода блока синхронизации импульсы поступают в блоки управления N счетных каналов, где формируется импульс излучения и импульс управления системой ВАРУ. После усиления по мощности в передающем тракте зондирующий импульс через коммутатор прием-передача передается на преобразователь ультразвуковой, где преобразуется в энергию ультразвуковых колебаний и излучается в воду. Излучение происходит одновременно по всем N каналам. По окончании цикла излучения, преобразователь 1 автоматически подключается ко входу приемного тракта 3, принятые эхо-сигналы усиливаются по напряжению, корректируются по уровню системой ВАРУ и поступают на вход пикового детектора. Система ВАРУ компенсирует разницу в ослаблении эхо-сигналов от рыб одного размера, находящихся на различных расстояниях от преобразователя, путем регулировки усиления по закону, обратному закону затухания рассеянного акустического поля. Пиковый детектор 5 выделяет огибающую принимаемых эхо-сигналов. Огибающая эхо-сигналов с выхода пикового детектора поступает параллельно на входы первого и второго компараторов. Первый компаратор 8 обеспечивает амплитудную селекцию эхо-сигналов в соответствии с установленной размерной группой учитываемых рыб. На выходе первого компаратора формируются счетные импульсы, количество которых равно количеству рыб определенного размера, пересекающих учетный створ данного канала в текущем цикле локации. Счетные импульсы с выхода первого компаратора поступают на вход схемы совпадения 13. Второй компаратор формирует видеоимпульс, длительность которого пропорциональна глубине места данного канала. Выход второго компаратора подключен ко входу интегратора 10. Интегратор формирует постоянное напряжение, величина которого пропорциональна глубине с учетом высоты волнения за время интегрирования. Это напряжение используется для управления работой таймера 11, выход которого связан со вторым входом схемы совпадения. Таким образом достигается поканальная автоматическая адаптация к глубине места и к высоте волнения. С выхода схемы совпадения отселектированные по времени счетные импульсы поступают на вход счетчика 12. В счетчике 12 происходит формирование накапливающейся суммы по данному пространственному каналу за все предыдущие циклы локации. Селектор каналов 16 обеспечивает управление мультиплексором путем установки двоичного кода на управляющих входах мультиплексора. Двоичный код с выхода счетчика 12 выбранного канала передается через мультиплексор 15 на индикаторное устройство 17 Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом, в заявляемом устройстве для подсчета рыб в потоке воды расширяется площадь учетной зоны и обеспечивается возможность получения информации о распределении численности рыб в сечении водного потока, а также реализуется автоматическая поканальная адаптация устройства к изменяющимся гидрологическим условиям в месте постановки системы.

Изготовление двух макетных образцов устройства по учету рыб показало возможность мобильной постановки в произвольном месте водоема без привязки к гидротехническим и рыбоходным сооружениям. При 10-кaнальном построении систем и глубине места от 3 м до 15 м протяженность учетной зоны составляет 150 м. Изготовление макетных образцов на элементной базе КМОП позволило обеспечить автономность системы ( режим работы с аккумулятором ) в течение 3-х суток и свести аппаратурные затраты к 8 печатным платам 180/80 мм в корпусе типа "Надел-150" и двум кабельным линиям связи с акустическими элементами.

Заявляемое устройство по учету рыб наиболее целесообразно использовать при учете рыб семейства лососевых (Onchorinochus) при проходе их к местам нерестилищ в удаленных районах Дальнего Востока и Восточной Сибири при отсутствии возможности возведения долговременных специализированных рыбоходных и гидротехнических сооружений.

Формула изобретения

Устройство для подсчета рыб в потоке воды, содержащее счетный канал, включающий преобразователь ультразвуковой, последовательно соединенные блок управления и передающий тракт, последовательно соединенные приемный тракт, систему временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и пиковый детектор, а также счетчик, выход которого является информационным выходом канала, отличающееся тем, что устройство содержит N независимых идентичных счетных каналов, в каждый из которых дополнительно введены коммутатор прием-передача, подключенный к выходу передающего тракта и ко входу приемного тракта и соединенный с преобразователем ультразвуковым, первый компаратор, вход которого подключен к выходу пикового детектора, а выход соединен с первым входом схемы совпадения, последовательно соединенные второй компаратор, интегратор и таймер, вход второго компаратора подключен ко входу первого, а выход таймера соединен со вторым входом схемы совпадения, выход которой связан со входом счетчика, при этом второй выход блока управления связан со входом управления системы ВАРУ, при этом устройство содержит мультиплексор, входы которого соединены с информационными выходами счетных каналов, блок синхронизации, выходы которого подключены ко входам блока управления и вторым входам таймеров каждого канала, селектор каналов, выход которого подключен к входу управления мультиплексором, а выход последнего связан со входом устройства индикации, являющегося выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2