Акустический измеритель расстояния Советский патент 1989 года по МПК G01F23/296 G01B17/00 

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.

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя $ на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу} на фиг. 3 - структурная схема генератора тактовых импульсов.

Акустический измеритель расстояния содержит генератор 1 импульсов возбуждения, коммутатор 2, акустический преобразователь 3, приемное устройство 4, первый ключ 5, второй ключ 6, триггер 7, компаратор 8, генератор 9 тактовых импульсов, схему ИЛИ 10, компенсационное синхроколъцо

11, линию 12 задержки, измеритель 13 временных интервалов.

Акустический преобразователь 3 через коммутатор 2, приемное устройство 4, компаратор 8, линию 12 задержки и генератор 9 тактовых импульсов соединен с первыми входами первого 5 и второго 6 ключей и измерителя 13 временных интервалов, выход первого ключа 5 соединен с первым входом генератора 1 импульсов возбуждения, и через схему ИЛИ JO с триггером 7, второй выход триггера 7 через второй ключ 6 и генератор 1 импульсов возбуждения подключен к коммутатору 2, а первый выход триггера 7 соединен с вторым входом первого ключа 5, выход компаратора 8 - с вторыми входами схемы ИЛИ 10 и измерителя 13 временных инсл

02 Ю

ос

Fu

тервалов, при этом к компаратору 8 подключено опорное напряжение Ufl .

Генератор 9 тактовых импульсов состоит из генератора 15 видеоимпульсов отрицательной полярности, работающего с периодом повторения Т, ключа 16, не пропускающего импульсы с блока 15 в режиме синхронизации, инвертора 17, первого ждущего мультивибратора 18, обеспечивающего задержку вырабатывания импульса положительной полярности на время ,, генератора 19 видеоимпульсов положительной полярности, схемы ИЛИ 20 и второго ждуаего мультивибратора 21, обеспечивающего запирание ключа 16 при приеме ртраженных сигналов, и второй схемы ИЛИ 22, служающей для развязки блоков 118, 19 и 21.

Акустический измеритель расстояния работает следующим образом.

При включении устройства в момент tЈ0 (см.фиг.2) измеритель 13 временных интервалов автоматически уста- иавливается в исходное (закрытое) фостояние. Компенсационное синхро- кольцо 11 находится постоянно в возбужденном состоянии. Триггер 7 может находиться в одном из двух состояний Единичное состояние на его первом Јыходе либо единичное состояние на его втором выходе.

Если после включения устройства на первом выходе триггера 7 устанавливается единичное состояние (эгао- Ја 2), то открывается первый ключ 5. В момент времени t, 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 первый 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. В автоколебательном режиме он генерирует два видеоимпульса - отрицательной и положительной тюляр- ноети, следующие один за другим че- рез некоторый промежуток времени 1, с периодом повторения этих двух импульсов Т (эпюра J) немного большим чем время,, необходимое для двойного

5

С

5

0

5

прохождения максимального лоцируемого расстояния. В режиме синхронизации, т.е. при запуске блока 9, от принятых эхосигналов генератор 9 генерирует видеоимпульсы только положительной полярности.

В момент времени t г на выходе генератора 9 появляется видеоимпульс положительной полярности (эпюра I), которым запускается измеритель 13 временных интервалов (эпюра 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 fi 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 измеритель 13 временных интервалов (этора 8) (с переводом в нулевое состояние счетчика внутри этого блока) через открытый второй ключ 6 - генератор 1 импульсов возбуждения (эпюра 4) . В этом режиме генератор 1 вырабатывает радиоимпульс с частотой заполнения f, равной частоте основного резонанса акустического преобразователя 3, при этом число периодов в Заполнении одинаково -в обоих режима х работы генератора 1 . С выхода генератора 1 радиоимпульс через коммутатор 2 поступает на акустический преобразователь 3, и излучается акустический импульс. Отраженный от преграды 14 эхосигнал принимаетсяс этим же преобразователем, преобразуется в электрический и через коммутатор 2 поступает на приемное устройство 4 (эп,юра 5) , в кото- , ром проходит первичную рбработку,после чего поступает на компаратор 8, в котором выделяется только та часть сигнала, которая превышает заданный уровень U0 (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 ключа 5.Второй ключ 6 при этом закрывается. Импульс с выхода компаратора 8 по- суупает также на второй вход измерителя 13 временных интервалов, закрывая его (эпюра 8), и через линию 12 задержки на синхронизирующий вход

генератора9 тактовых импульсов. Линия 12 задержки необходима для того,

чтобы до появления импульса с генератора 9 стабилизировался режим измерителя 13, триггера 7, а также первого 5 и второго 6 ключей.

Генератор 9 генерирует один импульс положительной полярности (эгоо- ра 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 г 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 зо- ной)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

5

5

5

0

5

0

ИЛИ 10 опрокидывает триггер 7, закрывает измеритель 13 временных интервалов, дает разрешение буферной памяти в этом измерителе на выдачу информации на регистрирующее устройство, а также синхронизирует работу генератора 9 тактовых импульсов, и процесс излучения короткого радиоим- пульса с частотой, заполнения f повторяется. Измеритель в данном режиме будет работать до тех пор, пока амплитуда принятых эхосигналов будет достаточно большой, для, срабатывания компаратора 8. Если за время Т на вы- , ходе компаратора 8 видеоимпульс не появляется (причиной этого может быть малая амплитуда принятых эхосигналов из-за увеличения расстояния до преграды) , генератор 9 переходит в автоколебательный режим и генерирует следующие один за другим отрицательный и положительный видеоимпульсы (эпюра 1). Отрицательным видеоимпульсом закрывается измеритеть 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 генерирует радиоимпульс с низкой частотой заполнения fi , и акустическим преобразователем 3 излучается акустический импульс с той же низкой частотой заполнения f. Поскольку низкочастотный сигнал распространяется в среде с меньшим затуханием, принятый эхосигнал имеет амплитуду, достаточную после обработки в приемном устройстве 4, для срабатывания схемы компаратора 8. На выходе компаратора появляется импульс (эпюра 7), и процесс измерения повторяется с периодическим переключением на режим излучения акустических импульсов с высокой частотой заполнения.

Если амплитуда принятых и обработанных приемным устройством эхосиг- налов является недостаточной как в режиме излучения высокочастотных, так и низкочастотных акустических сигналов или эхосигналы вовсе не принимаются (расстояние превышает максимальное измеряемое, отсутствие жидкости в случае измерения в жидкостях,

появляется посторонний объект, находящийся под углом направления излучения - приема акустических сигналов), измеритель работает в режиме излучения - приема акустических низкочастотных сигналов. В этом режиме он будет работать до появления на выходе приемного устройства эхосигнала достаточной амплитуды, после чего перейдет в режим, соответствующий измеряемому расстоянию.

Формула изобретения

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 выходо 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

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.

интервалов, и линией задержки, вход

Акустический измеритель расстояния которой соединен с I содержащий тенератор импульсов возвыходом компаратора, а выход - с генератором тактовых импульсов, второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу первого ключа акустический преобразователь через коммутатор подключен к генератору импульсов возбуждения и приемному устройству, а второй вход компаратор предназначен для подключения опорног

буждения, акустический преобразователь, приемное устройство, компенсационное синхрокольцо, соединенный с ним измеритель временных интервалов, генератор тактовых импульсов, и схему ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона йзрасстояний, он снабжен комму-25 напряжения.

тора, а выхо товых импуль ИЛИ подключе акустический коммутатор п импульсов во устройству, предназначен

которой соединен с

напряжения.

выходом компаратора, а выход - с генератором тактовых импульсов, второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу первого ключа, акустический преобразователь через коммутатор подключен к генератору импульсов возбуждения и приемному устройству, а второй вход компаратора предназначен для подключения опорного

Фм.1