Эхоледомер Советский патент 1993 года по МПК G01S15/02 

Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда с подводного аппарата.

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличение достоверности результатов измерения толщины льда.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого эхоледомера; на фиг.2 - ус-- ловная схема эксплуатации; на фиг.З -

эпюры напряжений, поясняющих работу устройства.

Эхоледомер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1 и схему задержку импульсов 2, нагруженную на входы генератора высокочастотных 3 и генератора низкочастотных радиоимпульсов 4, которые через коммутатора прием-излучение 5 и 6 соединены с высокочастотной обратимой акустической антенной 7 и низкочастотной обратимой акустической антенной 8. подключенный ко второму выходу коммутатора 5 первый резонансный усилитель 9 и подключенный ко второму выходу коммутатора

00

00 О О 00

31818608 4

б второй резонансный усилитель 10, нагру- одновременно сигналов низкой и высокой женные на раздельные входы двухканаль- частот. Это объясняется небольшим зэтуха- ного регистратора 11, соединенный с нием акустических НЧ и ВЧ волн в воде при выходом резонансного усилителя 9 первый ограниченном расстоянии до льда (1-100 м) усилитель-ограничитель 12, подключенный 5 и равными расстояниями, проходимыми к выходу резонансного усилителя 10 второй НЧ- и ВЧ-сигналами благодаря равенству и усилитель-ограничитель 13, подключенный соосности диаграмм направленности, к выходу усилителя-ограничителя 12 пер-Классификационным признаком эхо- вый детектор 14, подключенный к выходу сигналов, прошедших в лед, и отразившихся усилителя-ограничителя 13 детектор 15, Ю от поверхности лед/воздух является подключенную к выходам детекторов 14 и сутствие в них только НЧ-колебаний из-за 15 схему селекции эхо-импульсов от нижней сильного затуханием ВЧ-сигналов во льду, поверхности льда 16, подключенную к выхо- Измерение толщины льда осуществля дам детекторов 14 и 15 схему селекции эхо- ется по времени запаздывания эхо-сигнала, импульсов от верхней поверхности льда 17, 15 отразившегося от границы лед/воздух и со- подключенный к выходу схемы селекции 16 держащего колебания низкой частоты, отно- и выходу схемы задержки 2 первый блок сительно пришедшего первым эхо-сигнала, измерения расстояния 18, подключенный к отразившегося от границы вода/лед и совы ходу схемы селекции 17 и выходу схемы держащего одновременно колебания низ задержки 2 второй блок измерения рассто- 20 кой и высокой частот. Все последующие яния 19, подключенная к выходам блоков эхо-сигналы, содержащие ВЧ- и ВЧ-колеба- измерения расстояния 18 и 19 схема изме- ния, исключаются так как они порождены рения толщины льда, состоящая из последо- боковыми лепестками диаграмм направлен- вательно соединенной схемы измерения ности и не соответствуют кратчайшему рае- времени запаздывания эхо-импульсов от 25 стоянию до льда. Оси боковых лепестков 0В. нижней и верхней поверхности льда 20, под- диаграммы направленности, фиг.2, распо- ключенной первым входом с выходом блока ложены под наклоном, в то время как оси измерения расстояния 18 и вторым входом главных лепестков ОА ориентированы нор- с выходом блока измерения расстояния 19, мально к отражающей поверхности. Поэто- интегратора 21, ключа 22, измерителя амп- 30 му сигналы боковых лепестков проходят литуды 23 и индикатора 24, установочный большее расстояние чем сигнал главного ле- вход интегратора 21 соединен с выходом пестка, что позволяет их разделить во вре- схемы задержки 2, инвертор 25 включен мени и исключить. Устранение всех между выходом схемы измерения времени эхо-сигналов, следующих за первым и, со- запаздывания эхо-импульсов 20и С-входом 35 держащих НЧ- и ВЧ-колебания, исключает формирователя строб-импульса 26, R-вход ошибку принятия эхо-сигнала бокового ле- которого соединен с выходом схемы задер- пестка за эхо-сигнал от границы лед/воз- жки 2, а S-вход соединен с выходом синхро- дух, что устраняет ошибку в определении низатора 1, выход формирователя 26 толщины льда, а в случае отсутствия льда- соединен с управляющим входом ключа 22. 40 исключает ошибочную информацию о его

наличии. Таким образом, устраняется неодРаботает эхоледомер следующим обра- нозначность измерений, что увеличивает зом.достоверность результатов измерения тол- Волновые размеры НЧ-и ВЧ-акустиче- щиныльда.

ских антенн, т.е. отношение поперечного 45 Синхронизатор 1 вырабатывает импуль- размера антенн к длине акустической волны сы vi, фиг.З, поступающее на схему задерж- в воде, выбираются одинаковыми, что по- ки импульсов 2, которая вырабатывает зволяет при близком взаимном размещении задержанные на время Дт.зад «Т, гдеТ- антенн совместить их диаграммы направ- период следования, импульсы va. Импульсы ленности. Размеры основных и дополни- 50 V2 поступают на запускающие входы генера- тельных лепестков должны быть торов радиоимпульсов 3 и 4, которые выра- одинаковыми, а их акустические оси совме- батывают радиоимпульсы va и с частотой щены (см. фиг.2). Это обеспечивает одно- заполнения f и Fa и длительностью значность идентификации эхо-сигналов от At (10...20)/F. Эти радиоимпульсы через нижней поверхности льда, т.е. от границы 55 коммутаторы прием/излучения 5 и 6 постувода/лед, либо от поверхности вода/воздух пают на высокочастотную 7 и низкочастот- в случае отсутствия льда. Классификацией- ную 8 обратимые акустические антенны, ным признаком таких эхо-сигналов, отлича- которые излучают в воду акустические ра- ющим их от эхо-сигналов, пришедших от диоимпульсы с частотами f и F. Эхо-сигналы границы лед/воздух, является присутствие

принимаются обеими антеннами, работающими в режиме приема, проходят через коммутатора 5 и 6 и усиливаются в резонансном усилителе 9, настроенном на частоту и в резонансном усилителе 10, настроенном на частоту F, Сигналы V5 и ve с выходом резонансных усилителей поступают на двухканальный регистратор 11, где производится запись профиля границы вода/лед и границы лед/воздух. Напряжения v и ve, пройдя усилители-ограничители 12 и 13, амплитудные детекторы 14 и 15, преобразуются в однополярные видеоимпульсы с нормированной амплитудой vy и vs. Напряжения vy и ve поступают на выходы схемы селекции эхо-импульсов от нижней поверхности льда 16, в качестве которой используется схема совпадения (схема И). Сигнал на ее выходе vg отличен от нуля только при- наличии сигналов на обоих входах схемы 16. Напряжения v и vs поступают на входы схемы селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда 17, в качестве которой используется схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигнал vg поступает на R-вход, сигнал V2 поступает на S-вход первого блока измерения расстояния 18, на выходе которого вырабатывается импульс vi2, длительность которого соответствует расстоянию до нижней поверхности льда. В качестве блока 18 используется асинхронный RS-триггер с прямыми входами. Сигнал поступает на R-вход, а сигнал V2 поступает на S-вход второго блока измерения расстояния 19, на выходе которого вырабатывается импульс V12, длительность которого соответствует расстоянию до верхней поверхности льда. В качестве блока 19 используется асинхронный RS-триггер с прямыми входами. Сигналы vn и vi2 поступают на входы схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхностей льда 20, на выходе которой вырабатывается импульс via, длительность которого пропорциональна толщине льда. В качестве схемы 20 используется схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ. Напряжение учзпоступает на сигнальный вход интегратора 21, который предварительно был установлен в начальное состояние импульсом V2, поданным на установочный вход интеграторов. На выходе интегратора 21 появляется напряжение vn, амплитуда которого пропорциональна длительности импульса via. Напряжение поступает на ключ 22, управляемый стробирующим импульсом vis, в течение которого сигнал с выхода интегратора 21 поступает на вход измерителя амплитуды 23 vie. Стробировэние устраняет возможность измерения схемой 23 промежуточных значений напряжения vt4, исключая получение ошибочной информации о толщине льда. Напряжение vi поступает на S-вход, напряжение V2 поступает на R-вход и напряжение 5 с выхода инвертора 25 поступает на установочный С-вход формирователя строб-импульса, на выходе которого вырабатываются строб-импульсы vis, длительность которых равна времени задержки

0 Дт.задсхемы2. В качестве формирователя 26 используется синхронный RS-триггер. Введение инвертора 25 исключает выработку формирователем 26 строб-импульса в случае отсутствия эхо-сигнала от границы

5 лед/воздух, т.е. в случае отсутствия льда. В

этом случае на измеритель амплитуды 23

сигнал vi4 с интегратора 21 не поступает,

что соответствует нулевой толщине льда.

В предлагаемом эхоледомере класси0 фикация отражающих границ для определения наличия льда осуществляется по частотному составу эхо-сигналов введением селекции эхо-сигналов от нижней и верхней границ льда при использовании НЧ и ВЧ

5 антенн с одинаковыми волновыми размерами, ориентированными соосно. Увеличение достоверности результатов измерения толщины льда осуществлено благодаря исключению ложныхсрабатываний

0 измерительной схемы в случае отсутствия льда, при промежуточных значениях напряжения в интеграторе и при наличии эхо-сигналов от границы вода/лед боковых лепестков характеристик направленности

5 антенн.

Формула изобретения Эхоледомер, содержащий синхронизатор, генератор высокочастотных радиоимпульсов, генератор низкочастотных

0 радиоимпульсов, высокочастотную акустическую обратимую антенну, низкочастотную акустическую обратимую антенну, два резонансных усилителя, двухканальный регистратор, два блока измерения дальности, отличающийся тем, что, с целью

5 повышения надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличения достоверности результатов измерения толщины льда, в него введены первый коммутатор прием-излучение, включенный между выхо0 дом генератора высокочастотных радиоимпульсов и высокочастотной акустической обратимой антенной, второй коммутатор прием-излучение, включенный между выходом генератора низкочастотных радиоим5 пульсов и низкочастотной акустической обратимой антенной, схема задержки импульсов, включенная между синхронизатором и входами генераторов низкочастотных

и высокочастотных рэдиоимпульсов, последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель, подключенный к выходу первого резонансного усилителя и первому входу регистратора, первый детектор и схема селекции эхо-импульсов от нижней поверхности льда, нагруженная на R-вход первого блока измерения расстояния, последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель, подключенный к выходу второго резонансного усилителя и второму входу регистратора, второй детектор и схема селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда, нагруженная на R-вход второго блока измерения расстояния, при этом второй вход схемы селекции эхо-импульсов от нижней поверхности льда соединен с выходом второго детектора, второй вход схемы селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда соединен с выходом первого детектора, вход первого резонансного усилителя соединен с вторым выходом первого коммутатора прием-излучение, вход второго резонансного усилителя соединен с вторым выходом второго коммутатора прием-излучение, к выходам первого и второго блоков измерения расстояния, S- входы которых соединены с выходом схемы задержки импульсов, подключена схема измерения толщины льда, первый вход которой подсоединен к выходу первого блока измерения расстояния, второй вход соединен с выходом второй схемы измерения рас- стояния. а выход - с последовательно

соединенными интегратором, установочный вход которого соединен с выходом схемы задержки импульса, ключом, измерителем амплитуды и индикатором, между выходом схемы измерения времени

запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхностей.льда и управляющим входом ключа включены инвертор и последовательно с ним соединенный С-входом формирователь строб-импульса, R-вход которого соединен с выходом схемы задержки импульса, а S-вход соединен с выходом синхронизатора, высокочастотная и низкочастотная акустические обратимые антенны закреплены соосно.

5

Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения льда на поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда. Цель изобретения - повышение надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличение достоверности результатов измерения толщины льда. Эхоледомер содержит синхронизаторы, схему задержки, генератор высо кочастотных и низкочастотных радиоимпульсов, коммутаторы прием-излучение, обратимую высокочастотную акустическую антенну, низкочастотную обратимую акустическую антенну, первый резонансный усилитель, второй резонансный усилитель, двухканальный регистратор, первый усилитель-ограничитель, второй усилитель-ограничитель, первый детектор, детектор, схему селекции эхоимпульсов от нижней поверхности льда, схему селекции эхоимпульсов от верхней поверхности льда, первый блок измерения расстояния, второй блок измерения расстояния, схему измерения времени запаздывания эхоимпульсов от нижней и верхней поверхностей льда, интегратор, ключ, измеритель амплитуды, индикатор, инвертор, формирователь строб-импульсов. 3 ил. Чи и

фуг./

1818608

Воздух С 7// rr/rX ;/////////

вода -

-гг7гтт