Устройство для определения расстояния до объекта

 

ОП И С

ИЗОБРЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ж Г

4;, К АВТОРСКОМУ СВ у (61) Дополнительное к авт. (22) Заявлено 15,08,77(21) с присоединением заявки (23) Прноритет—

Опубликовано 05.127

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н -открытий

Дата опубликования

И. В, Петрушко, В. Д, Погребенник и Е. В. Ярошевский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Физико-механический институт АН Украинской ССР б (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ.

ДО ОБЪЕКТА

Из обрет ени е от Hoc итс я к т ех ник е определения расстояний с помощью электрических, магнит ных акустических и т.п. методов, к технике определения местоположеиия скрытых масс.

Известны устройства для определения расстояния до объекта, основанные на измерении времени запаздывания электромагнитных или акустических волн, содержащие приемную и излучающую антенны, коммутатор прием-передача, задающий генератор импульсов, приемное устройство и индикатор (1).

НедостаTfcoM известных устройств является невозможность измерения малых расстояний.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для оп« ределения расстояния до проводника, обтекаемого переменным током, содер-: жащее приемные датчики, входной и выходной коммутаторы; указывающий при- бор, управляемый делитель, нуль-орган источник опорного сигнала и блок упРавления коммутаторами (2).

Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет определять расстояние до объекта только, прйобратно-пропорциональной первой степени зависимости интенсивностей

2 сигналов, излучаемых объектом, от расстояния до объекта.

Цель предлагаемого изобретениярасширение функциональных возможнос-, тей, заключающееся в определении расстояния до объекта при произвольных значениях степенного коэффициента распространения и экспоненциального коэффициента затухания сигналов, излучаемых объектом в однородной среде.

Для этого устройство допол..ительно содержит первый и второй иммитаторы, анализатор спектра, первое, второе, третье, четвертое, пятое шестов

15 и седьмое запоминающие устройства, первое и второе делительные устройст- ва, устройство вычисления логарифма, .первое и второе множительные устрбйства, блок синхронизации, задающий ге20 нератор, первый и второй вспомогательные входныекоммутаторы, коммутатор первого имитатора, коммутатор второго имитатора, первое и второе устрой ства вычисления корня, множительно25. делитеяьное устройство и блок упраВления, выходными коммутаторами и уст ройствами вычисления корня, причем первый и второй имитаторы сигналов

:объекта расположены на одной прямой

30 с двумя приемными датчиками и объек-:

702 335

К -Ау г

Напряженность магнитного поля оди ночного проводника в плоскости, пер65 пендикуряРной оси проводника, падает том на определенных фиксированных расстояниях от них, а выходы ближнего и дальнего приемных датчиков подсоединены одновременно к первому и второму входным коммутаторам.и к входам первого и второго вспомогательных входных коммутаторов, выходы которых через первое, второе,.третье и четвертое запоминающие устройства, первое и второе делительные устройства подсоединены к входам первого множительного устройства. Выход дальнего приемного датчика через второй входной коммутатор, анализатор спектра, блок синхронизации подсоединен к управляющему входу задающего генера1 ора, выход которого одновременно при-15 соединен к блоку управления входными коммутаторами и через коммутаторы первого и вторбго имитаторов к входам первого и второго имйтаторон, а выходы блока управления входными коммута-,20 торами подсоединены к управляющим входам первого и второго входных коммутаторов и к управляющим входам первого и второго вспома>гательных входных коммутаторов. Выход первого делительного 25 устройства подсоединен ко второму входу первого входного коммутатора.

Выходы первого входного коммутатора через пятое и шестое запоминающие устройства подсоединены к обоим вхо- 30 дам второго множительного устройства, выход которого одновременно присоединен к входу первого устройства вы числения корня и к одному из входов первого выходного коммутатора, на - 35 другой вход которого подсоединен выход первого устройства вычисления;. корня. Выход второго входного коммута-, = тора подключен ко входу седьмЬго запоминающего устройства, а выход седь" 4()

Мого запоминающего устройства подКлючен параллельно ко входу второго стройства нычисления корня и к одно4

Му из входов первого выходного комМутатора, к другому входу которого

Подсоединен выход второго устройства вычисления корня. Выход второго выходного коммутатора подсоединен к од

Мому из входов вычнтающего устройства, На другой вход которого, через второф усилитель, подключен выход первого выходного коммутатора. одновременно выход второго выходного коммутатора и выход источника опорного сигнала

Подключены ко входам перемножения

1,/ множитель но-делительного устройства, 55 ко входу частного которого подсоеди-: нен выход вычитающего устройства. Вы ход первого множительного устройства через устройство вычисления логарифма, первый усилитель к управляющему входу @) блока управления выходными коммутатора- ми и устройствами вычисления корня, выходы которого подсоединены к управляющим входам первого и второго вы ходных"кбммутаторов и к управляющим

I устройств вычисления корвходам ня, На чертеже дана блок-схема Предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый имита-! тбр 1,второй имитатор 2,ближний при емный датчик 3, дальний приемный датчик 4, коммутатор 5 первого имитатора, коммутатор 6 второго имитатора, второй вспомогательный входной коммутатор 7, первый вспомогательный входной коммутатор 8, первое запоминающее устройство 9, второе запоминающее ус ройство 10, третье запоминающее устройство 11, четвертое запоминающее устрой-, ство 12, второе делительное устройство 13, первое делительное устройство::

14, первое множительное устройство 15, устройство 16 вычисления логарифма, первый усилитель 17, второй входной коммутатор 18 анализатор 19 спектра блок 20 синхронизации, задающий генератор 21, блок 22 управления входными коммутаторами, первый входной коммутатор 23, пятое э апоминающее устройство 24, шестое запоминающее устрбйство

25, второе множительное устройство 26, седьмое запоминающее устройство 27, первое устройство 28 вычисления корня, второе устройство 29 вычисления корня, блок 30 управления устройствами вычисления корня и выходными коммутаторами, второй выходной коммутатор 31, первый выходной коммутатор 32, второй усилитель 33, вычитающее устройство

34, источник 35 опорного сигнала, Множительно-делительное устройство 36.

Принцип действия устройства поясняется следующим. Как известно, в различных областях техники зависимость интенсивностей сигналов от расстояния до объекта в однородной среде представ-

-ляется в видег где

J — интенсивность сигнала от объекта на входе приемного датчика;

r — - расстояние от объекта до точки измерения; к — постоянный коэффициент, определяющий природу излучателя и среды;

h — коэффициент распространения; с - — коэффициент затухания;

6 — декремент затухания, -оО"

Например, интенсивность акустичес. кой волны уменьшается с расстоянием в однородной среде по зависимости (1). В электрораэведке ближней зоны составляющие векторов электрического и магнитного диполей имеют вид уровня (1), где n=2-. 3 °

702335

К 1= . 1 (2) (3)

К -д (r+В)

) (r+e) n

;де

r — расстояние от объекта до ближнего датчика;

6 — расстояние между приемными датчиками.

В предлагаемом устройстве дна приемных датчика и два .имитатора сигналов объекта расположены на одной прямой с объектом на определенных фиксированных расстояниях друг от друга, причем r< больше r>, где r< -рас- стояние от первого имитатора до ближнего датчика, а r2 — расстояние от W второго имитатора до ближнего датчика, !

Используя отношение сигналов 3„и

3, принятых от первого имитатора, на выходах ближнего и дальнего прием- 35

2 ) ных датчикон легко определить декрете мент затуханиями

В третьем такте вход второго имитатора 2 подключается через коммутатор второго имитатора б к выходу задающего генератора 21. Второй имита тор 2 излучает в пространство сигналы с част отой, равной частоте сигналов от объекта, Одновременно блок .22 управления входными коммутаторами включает второй нспомогательный входной коммутатор 7. Выходные сигналы ближнего и дальнего датчиков 3 и 4, наводимые от второго имитатора 2, через второй вспомогательный входной коммутатор 7 поступают на первое и второе запоминающие устройства 9 и

10 с выходов которых они поступают

I на нходы второго делительного устройства 13. Выходной сигнал второго делительного устройства 13 поступает на второй вход первого множительного У стройства 15. Выходной сигнал перво", ro множительного устройства 15 по тус пает на вход устройства 1б вычисления логарифма, Полученный сигнал усиливается первым усилителем 17, постоянный коэффициент усиления которого функционально зави"ит от расстояния между приемными датчиками 3 и 4 и расстояния между первым и вторым имитаторами 1 и 2 и ближним к объекту (4)

65 обратно пропорционально первой степени расстояния до него (п=1 3, =О).

Коэффициент распространения сигнала в зависимости от типа источника, сигнала, среды, исследуемой эоны в общем случае может принимать любое положительное значение, Если два приемных датчика расположить на определенном расстоянии друг от друга на одной прямой с объектом, то выходные сигналы этих датчиков будут:

Зависимость расстояния от объекта до ближнего датчика, определяемая иэ уравнений (2), (3), (4), имеет вид:

1, ЬФ -(Г (5) . Как видно иэ уравнения (5), для опРеделения расстояния до объекта не-. обходимо предварительно определение коэффицйента распространения.

Определение расстояния до объекта в предлагаемом устройстве происходит в три такта, задаваемых блоком 22 уп...равления входными коммутаторами.

В первом такте сигнал cg объекта иэ ближнего приемного датчика 3 поступает на один из входов первого входного коммутатора 23, к одному иэ

1в ыходов которого подключено пятое 60 запоминающее устройство 24. Сигнал

: от объекта из дальнего приемного дат: чика 4 поступает на вход второго входного коммутатора 18, Сигнал с выхода входного коммутатора 18 одновременно поступает на вход седьмого запоминающего устройства 27 и на вход анализатора 19 спектра, Выход анализатора 19 спектра через блок 20 синхронизации управляет работой задающего генератора 21, так, что последний генерирует сигналы с частотой, равной частоте сигналов от объекта.

Во втором такте, задаваемом блоком 22 управления входными коммута-, торами, который управляется входны-. ми сигналами задающего генератора 21, вход первого имитатора 1 подключает. . ся через коммутатор первого имитатора 5 к выходу задающего генератора

21. Имитатор 1 излучает н пространство сигналы с частотой, равной частоте сигналов от объекта. Одновременно блок 22 управления входными коммутаторами включает первый вспомогательный входной коммутатор 8, Выходные сигналы ближнего и дальнего датчиков 3 и 4, нанодиыяе от первого имитатора 1-, через первый вспомогательный входной коммутатор 8 поступают на третье и четвертое запоминаю! щие устройства 11 и 12, с выходов которых они поступают на входы первого делительного устройства 14, Выходной сигнал первого делительного ,устройства поступает на один из входон первого множительного устройства

15 и на второй вход перного входного коммутатора 23. Один из выходов первого входного коммутатора 23 подключен ко входу шестого запоминающего устройства 25.

702 33 5.датчиком 3, Выходной сигнал усилите-. Выходные сигналы пятого и шестого ля 17 равен: запоминающего устройств 24 и 25 поступают на оба входа íroporo множительного устройства 26, выход которого одновременно подключен ко входу пер5 aoro устройства 28 вычисления корня и к одному из входов первого выходного

Коммутатора 32, а выход первого устгде ройстна 28 вычисления корня подключен

К - коэффициент пропорциональнос- k другому входу первого выходного комти; )O Мутатора 32. B это же время сигнал с

1t и

3q 3 — интенсивности сигналов на вы- выхода седьмого запоминающегo устрой7 2 ходах ближнего и дальнего . ства 27 поступает на второе устройстприемных датчиКов 3 и 4, при- во 29 вычислениЙ корня и на один из нятых от имитатора 2; входов второго выходного коммутатора

3g 3g интенсивности сигналов на вы- 5 31, а выход второго устройства 29 ходах ближнего и дальнего при- вычисления корня подключен к другому емных датчиков 3 и 4, принятых входу второго выходного коммутатора от имитатора 1. 31, Выходной сигнал первого выходноВыходной сигнал усилителя 17, про- ro коммутатора 32 усиливается вторым порциональный коэффициенту распростра- усилителем 33, постоянный коэффициент нения, управляет работой блока 30 уп- усиления которого зависит от расстоя р«ав«лейия выходными коммутаторами "и уст ния между первым имитатором 1 и ближройствами вычисления корня. ним датчиком 3, Выходные сигналы второго выходного коммутатора 31 и втоЗатем наступает первый такт работы рого усилителя 33, соответственно, устройства, равны:

11п (1)

"I3bIx ЭРКЭ1 К4К1в" г- г

U =К К К К К К К " 2

ВЫХ ЬЭ Эг. 33(Ъ ВКв "11 1г 14К14Кгэк,эКг,,КгвК„-.,- )

21 1+ в

)1 где

К вЂ” коэффициент преобразования

Э 2Ь к — коэффициент преобразования втоближнего датчика 3 у .,,, ....,, рого множительйогo устройстК - коэффициент преобразования ва 26;

4 дальнего датчика 4 З5 К вЂ” коэффициент преобразов« .ния

К - коэффициент преобразования пер4 ° 21 седьмого запоминающего устройsoro вспомогательного входного ства 27;

К вЂ” коэффициент преобразования перl кбммутатора по входу 1) К вЂ” коэффициент преобразования вто31 в рого выходного коммутатора 311 ного вспомогательного нходно-; 49 К вЂ” коэффициент преобразования пер3г го коммутатора по входу 2; ного выходного коммутатора 32;

К вЂ” коэффициент преобразования К вЂ” коэффициент преобразования вто33 третьего запоминающего устрой- рого усилителя 33. ства 11; Выходной сигнал первого усилителя

К вЂ” коэффициент преобразования чет-45 17 пропорциональный коэффициенту рас.1г

I вертого запоминающего устройст- пространения и, через блок 30 управлева 12;., ния выходными коммутаторами и устройстК вЂ” коэффициент преобразованйя пер- вами вычисления корня, управляет рабо14 вого делительного устройства той первбго и второго выходных комму

14 по входу 1; "таторов 32 и 31 и устройствами 28 и г

К вЂ” коэффициент преобразования пер- 29 вычисления корня так, что в слувого делительного устройства чае n = 1, > =1, т.е. в случае обрат14 по входу 2; но пропорциональной эанисимости перК„ — коэффициент преобразованиЙ вто- вой степени интенсивности сигнала от

>oro входного коммутатора 18 " расстойнйя на входы первого и второ.,55

К вЂ” коэффициент преобразования пер- го выходных коммутаторов 32 и 31 пового входного коммутатора 23 ступак1т сигналы с выходов второго по входу 1;: - множительного устройства 26 и седьК вЂ” коэффициент преобРазовайия пер- - моГо запоминающего устройства 27, а вого нходного коммутатора 23 в других случаях поступают выходные по входу 2y сигналы -устройств 28 и 29 вычисления

К "- коэффйциент преобразования пя-: корня, причем берется корень и-ой того запомйнающего устройст- степени. ва 24; Выходйые сигналы второго выходно 4 — коэффициент преобразовайия шес- I го коммугатора 31 и второго усилитетого запоминающего устройства25,65 ля 33 поступают на входы вычитающе)0

702335 вых зь где

К. — коэффициент преобразования вычитающего устройства 34;

К коэффициент преобразования множит ельно-делительного устройства 36;

U — выходной си гнал источи ика оП опорного сигнала 35, Если вып Олняются услОВ и я:

Х 1 2

KyK1IKsK<„KqzK14k14Kz>K2>kz4Kzs 26

"o устройства 34 и одновременно выходной сигнал второго выходного коммутатора 31 поступает «а один из входов перемножения множительно-делительного устройства 36, на другой вход перемножения которого поступает 5 выходной сигнал источника 35 опорного сигнала, пропорциональный расстоянию между приемными датчиками

3 и 4, равному Е, Выходной сигнал множительно-делительного устройства

36 равен:

1(и

4 18 21 2 к и 1" ЬИ П(/, 3„Д 1!И 1)„; (9)

> 2> 24 2З"Ы 1 ) З1 4 1В"П 2 ! излучаемых объектом в однородной среде, оно дополнительно содержит первый и второй имитатора сигналов объекта, коммутатор первого имитатора, коммутатор второго имитатора, .анализатор спектра, блок синхронизации, задающий генератор, первоевторое, третье, четвертое, пятое, шестое и седьмое запоминающее устройства, первое и второе делительные устройства, первое и второе множительные устройства, устройство вычисления логарифма, первый и второй вспомогательные входные коммутаторы, первое и, второе устройства вычисления корня, вычитающее и множительно-делительное устройства, блок управления выходными коммутаторами и устройствами вычисления корня, причем первый и второй имитаторы сигналов объекта расположены на одной прямой с двумя приемными датчиками и объектом на определенных фиксированных расстояниях от датчиков, а выходы ближнего и дальнего приемных датчиков подсоединены одновременно к первому и второму входным коммутаторам и ко входам первего и второго вспомогательных выходных коммутаторов, выходы которых через первое, второе, третье и четвертое запоминающие устройства, первое и второе делительные устройства подсоединены к входам первого множительного устройства, а выход дальнего приемного датчика через второй входной коммутатор, анализатор спектра, блок синхронизации подсоединен к управляющему входу задающего генератора, выход ко- торогЬ одновременно присоединен к . блоку управления входными коммутаторами и через коммутаторы первого и второго имитаторов ко входам первого и второго имитаторов, а выходы блока управления входными коммутаторами подсоединены к управляющим входам пер. вого и второго входных коммутаторов, первого и второго вспомогательных входных коммутаторов, коммутаторов первого и второго имитаторов, выход первого делительного устройства подсоединен ко второму входу первого входного коммутатора, выходы которо,го через пятое и шестое запоминающее устройства подсоединены к обоим входам второго множительного устройства, выход которого одновременно под к К к2

З2 Р II II « «K>4K«K

20

4 18 2Ч Кв

K3zk зз-K3„ и „=к,„,е к к

Щ "зь = з4, 25 (10) ТО

30 и

abI ьЬ

4 .+ е

\ 1

Выходной сигнал множительно-делительного устройства 36 прямо пропорционален расстоянию до объекта, Предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности подобных 40 устройств, так как оно позволяет определять расстояние до объекта при производных значениях степенного коэффициента распространения и экспоненциального коэффициента затухания сигналов, излучаемых объектом в однородной среде, и может применять-. ся в электроразведке полезных ископаемых, в гидроакустике и других областях техники.

Формула изобретения

Устройство для определения р сстояния до объекта, содержащее прием- 55 ные датчики, входной и выходной ком.мутаторы, источник опорного сигнала, блок управления коммутаторами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос- 60 тей, заключающееся в определении расстояния до объекта при произволь" ных значениях степенного коэффициента распространения и экспойенциального коэффициента затухания сигналов, 65

702335

Составитель В ° Зверев

Редактор Б. Павлов Техред З.фанта Корректор Я.Веселовская

Заказ 7587/44 Тираж 688 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытйй

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

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Ъ соединен ко входу первого устройства вычислення корня и к одному из входов первого выходного коммутатора, на друдой вход которого подсоединен выход первого устройства вычисления кОрня р выхОд BTopoI"О вхОднОГО кОмму 5 татора подключен ко входу седьмого з ап сминающего устрой ств а, а выход седьмого запоминающего устройства .подключен параллельно ко входу второго устройства вычисления корня и к одному из входов первого выходного ком,мутатора, к другому входу которого подсоединен выход второго устройства вычисления корня, а выход второго выходного коммутатора подсоединен к одному из входов вычитающего устройства, на другой вход которого, через второй усилитель, коэффициент усиления .которого пропорциональный расстоянию между первым имитатором и ближним датчиком, подключен выход первого выходного коммутатора, выход второго выходного — коммутаторы и выход источника опорного сигнала подключены ко входам перемножения множительно-делительного устройства, ко входу частного которого подсоединен выход вычитающего устройства, выход первого множительного устройства через устройст,во вычисления логарифма, первый усилитель, коэффициент усиления которого функционально зависит от расстояния между приемными датчиками и расстояния от первого и второго имита" îðà до ближнего датчика, подключен к управляющему входу блока управления выходными коммутаторами и устройствами вычисления корня, выходы которого подсоединены к управляющим входам первого и второго выходных коммутаторов и к управляющим входам первого и второго устройств вычисления корня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. .Радиолокационные устройСтва..

Под ред, В, В, Григорянарабова, М,, Советское радио, 1970, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 385251, кл. G 01 V 3/10, 1973,