Устройство для определения расстояния до объекта Советский патент 1979 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к технике определения расстояний с помощью электрических, магнитных акустических и т.п. методов, к технике определения местоположения скрытых масс. Известны устройства для определения расстояния до объекта, основанные на измерении времени запаздывани электромагнитных или акустических волн, содержащие приемную и излучающую, антенны, коммутатор прием-пере дЕча, задающий генератор импульсов приемное устройство и индикатор 1. Недостатком известных устройств является невозможность измерения малых расстояний. Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения расстояния до проводника, обтекаемого переменным ток см, содерkamee приемные датчики, входной и вы ходной коммутаторы-,. указывающий прибор, управляемый делитель, нуль-орга источник опорного сигнала и блокуп Давления коммутаторами 2. i Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет определять расстояние до объекта только npir o6paтирпропорциональной первой степени зависимости интенсивноетей сигналов, излyчae ыx объектом, от расстояния до объекта. Цель предлагаемого изобретения расширение функциональных возможное-, тей, заключающееся в определении расстояния до объекта при произвольных. значениях степенного коэффициента распространения и экспоненциального : коэффициента затухания сигналов, излучаемых объекте, в однородной среде. Для этого устройство ..ительно содержит первый и второйиммитаторы, анализатор Спектра,первое, второе, третье, четвертое, пятое шестое и седьмое запоминающие устройства, первое и второе делительные устройства, устройство вычисления логарифма, первое и второе множительные устройбт:ва, блок синхронизации, задающий ге- . йератор, первый и второй вспомогательные входные .коммутаторы, коммутатор первого имитатора, коммутатор второго имитатора, первое и второе устройства вычисления корня, множитепьноделитеЯьное устройство и блок управления, выходньйда коммутаторами и уст ройствами вычисления корня, причем первый и второй имитаторы сигналов объекта расположен на одной прямой с двумя приемными датчиками и объек-; том на определенных фиксированных расстрйниях от них, а выходы ближнего и дальнего приемных датчиков под соедин;ены 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 генератора, выход которого одновременно при соединен к блоку управления входными коммутаторами и через коммутаторы пер Шго и второго имитаторов к Входам,, первого и второго имитаторов, а выходы блока управления входными коммутаторами подсоединены к управляющим вхо дам первого и второго входных коммута торов и к управляющим входам первого и второго вспом)гательных входных ком мутаторов. Выход первого делительного устройства подсоединен ко второму входу первого входного коммутатора. Выходы первого входного коммутатора через пятое и шестое запоминающие, устройства подсоединены к обоим входам второго множительного устройства выход которого одновременно присоединен к входу первого устройства вычисления корня и к одному из входов первого выходного коммутатора, на другой вход которого подсоединен выход первого устройства вычисления Корня. Выхбд второго входного коммут тора подключен ко входу седьмЪго заЬоминающёго устройства, а выход седьйбго запоминающего устройства подключен параллельноко входу второго Устройства вычисления корня и к однойу из входов первого выходного коммутатора, к другому входу которого Ьодсо динен выход .второго устройства вычисления корня. Выход второго выходного коммутатора подсоединен к од4 мому из входов вычитающего устройств И а другой вход которого, через второ1 Усилитель, подключен выход первого выходного коммутатора, одновременно выход второго выходного коммутатора и выход источника опорного сигнала Подключены ко входам перемножения множитель но-делитёльного устройства, ко входу частного которого подсоединей выход вычитающего устройства. Bы ход первого множительного устройства устройство вычисления логарифма первый усилители к управляющему входу блока управления выходными хоммутатоЕ ми и устройствами вычисления корня, выхода которого подсоединены к управляющим входам первого и второго вы ХЩЙЙХ Кбммутаторов Ик управляющим входам устройств вычисления корня. На чертеже дана блок-схема Лред-. , лагаёмого устройства. Устройство содержит первый имитат бр 1,второй имитатор 2,ближний при-( емный датчик 3, дальний приемный дат-чик 4,. коммутатор 5 первого имитатора коммутатор б второго имитатора, вто- ; рой вспомогательный входной коммута- . тор 7, первый вспомогательный входной коммутатор 8, первое запоминающее устройство 9, второе запоминающее устройство 10, третье запоминающее устройство 11, четвертое запоминающее устрой-, ство 12, второе делительное устройство 13, первое делительное устройство i 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 запоминающее устройство 24, шестое запоминающее устройство 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, KIHOжительно-делительное устройство 36. Принцип действия устройства поясняется следующим. Как известно, в различных областях техники зависимость интёнсивностей сигналов от расстояния до объекта в однородной среде прёдставляется в виде: t) - интенсивность сигнала от объекта на входе приемного датчика г - расстояние от объекта до точ- ки измерения; к - постоянный коэффициент, определяющий природу излучателя и среды,h - коэффициент распространения; cL - коэффициент затухания; R - декремент затухания. Например, интенсивность aкycтичec. кой волны уменьшается с расстоянием i в однородной среде по зависимости (1) . В электроразведке ближней зоны составляющие векторов электрического и магниткого диполей имеют вид уровня (1), где п 2 -г 3, Напряженность магнитного поля одиночного проводника в плоскости, перпендик я1рной оси проводника, падает обратно пропорционально первой степ ни расстояния до него ( оС 0), Коэффициент распространения сигн ла в зависимости от типа источника сигнала, среды, исследуемой зоны в общем случае может принимать любое положительное значение. Если два приемных датчика располо жить на определенном расстоянии дру от друга на одной прямой с объектом то выходные сигналы этих датчиков будут:. К () 2Ь г - расстояние от объекта до ближ него датчика ; - расстояние между приемными датчиками, В предлагаемом устройстве два пр емных датчика и два .имитато ра сигналов объекта расположены на одной прямой с объектом на определенных фиксированных расстояниях друг от др г5, причем г больше rg, где г -рас стояние от первого имитатора до ближ него датчика, а г расстояние от второго имитатора до ближнего датчи ка , Используя отношение сигналов Э и 3L , принятых от первого имитатора, на выходах ближнего и дальнего прием ных датчиков, легко определить декр мент затухания --т Зависимость расстояния от объекта до ближнего датчика, определяемая и уравнений (2), (3), (4), имеет вид: (-Ш,ТКак видно из уравнения (5), для О редедения расстояния до объекта необходимо предварительно определение коэффициента распространения. Определение расстояния до объекта в предлагаемом устройстве происходит в три такта, задаваемых блоком 22 уп „равления входными коммутаторами. В первом такте сигнал од объекта из ближнего приемного датчика 3 поступает на один из входов первого входного коммутатора 23, к одному из .выходов которого подключено пятое запсяиинающее устройство 24. Сигнал от объекта КЗ дальнего приемного дат чика 4 поступает на входвторого вхо ного 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 блокам 22 управления входными.коммута-, торами, который управляется входны-. ми сигналами задающего генератора 21, вход первого имитатора 1 подключает. СИ через коммутатор первого имитатора 5 к выходу задающего генератора 21. Имитатор 1 излучает в пространство сигналы с частотой, равной частоте сигналов от объекта. Одновременно блок 22 управления входными коммутаторами включает первый вспомогательный входной коммутатор 8, Выходные сигна.пы ближнего и дальнего датчиков 3 и 4, нaвoДи мe от первого имитатора 1-, через первый вспомогательный входной коммутатор 8 поступают на третье и четвертое запоминающие устройства 11 и 12, с выходов которых они поступают на входы первого делительногоустройства 14, Выходной сигнал первого делительного устройства поступает на один из входов первого множительного устройства 15 и на второй вход первого входного коммутатора 23. Один из выходов первого входного коммутатора 23 подключен ко входу шестого зап.оминаюсдего устройства 25, В.третьем такте вход второго имитатора 2 подключается через коммутатор второго имитатора 6 к выходу задающего генератора 21. Второй имитатор 2 излучает в пространство сигналы с частотой, равной частоте сигна- лов от объекта. Одновременно блок .22 управления входными коммутаторгими включает второй вспомогательный вход-ной 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 1на входы второго делительного устройства 13. Выходной сигнал второго делительного устройства 13 поступает на второй вход первого множительного устройства 15. Выходной сигнал первого множительного устройства 15 поступает на вход устройства 16 вычисления логарифма. Полученный сигнал усиливается первым усилителем 17, постоянный ксээффициент усиления которого функционально зависит от расстояния между приемными датчиками 3 и 4 и расстояния между первым и вторым имитаторами 1и 2 и ближним к объекту ------ 7 --- - 7023J5 - е атчиком 3. Выходной сигнал-усилите-. - - Выходные сигналы пятого tii шестого я 17 равен; . . . , запоминающего устройств 24 и 25 посту 7 - / „ , пают на оба входа второго множитель,.(iL.I . , ного устройства 26, выход которого у .у VI: llji2L.W. (6) одновременно подключен ко входу „ YI- I У5 вого устройства 28 вычисления корня и где .ройства 28 вычисления корня подключен K-f- коэффициент пропорциональное- . другому входу первого выходного комII .: ти;10 утатора 32. В это же время сигнал с интенсивности сигналов на вы выхода седьмого запоминающего устрой.ходах ближнего и дальнего ; . ства 27 поступает на второе устройстприемных датчиков 3 И 4, при- во 29 вычислений корня и на один из .J I нятых от имитатора 2; входов второго выходного коммутатора 3 Jg--интенсивности сигналов на вы- ., 31, а вьаход второго устройства 29 ходах ближнего и дальнего при- вычисления корня подключен к другому емных датчиков 3 .и , принятых входу второго выходного коммутатора от имитатора 1, 31, Выходной сигнал первого выходноВыходной сигнал усилителя 17, про- го коммутатора 32 усиливается вторым, псзрцйональный коэффициенту распростра- усилителем 33, постоянный коэффициент нения, управляет работой блока 30 уп- усиления которого зависит от расстря- а Шн я входнымикомму т а:тбрай уст- ния между первым имитатором 1 и .ближройствами вычиcJIeния корня., . ним датчиком 3, Выходные сигналы вто ,, рого выходного коммутатора 31 и-вто Затем наступает первый такт работы рогоусилителя 33, соответственно, з стройства,. 5 равны: . . . - - . (т) -БЬ Х 3|-|- Ы z л . .(Ч 1ЛаК;Х4 1з.Ч4 25Чб- Г-, Сб) ,j .,, -.. ..1 H.., где ...... --. :...... .- .... ... . . . к,- коэффициент преобразования К„ - коэффициент преобразования вто-. ближнего датчика 3 ,„.,„,,,..,..,.-,.,, ..рого множительного устройст- К,- коэффициент преобразрвания. на 26; дальнего датчика 4; . . 35к- коэффициент преобразования . коэффициент преобразования пер- седьмого запоминающего устройвоговспомбгатёльного входногоства 27; - Кбимутатрра по входу 1; ...К - коэффициент преобразования, втоК-- Коэффициент преобразрвания пер-рого выходного коммутатору 31; вого вспомогатёльного вхбдно- .40- за коэффициент преобразрвания перго коммутатора по входу 2; вого выходного коммутатора 32; К - коэффициент преобразованияК„,- коэффициент преобразования втоЦ третьего запоминающего устрой-рого усилителя 33. , . ства 11;. Выходной .сигнал nepiBoro усилителя К - коэффициент преобраздвания чет-451, пропорциональный Коэффициенту расвертого запоминающего устройст-пррстранения п, через блок 30 управле, ва 12;., . ния выходными коммутаторами .и устройстК,- коэффициент преобразОванИя пер-ва)и вйчисления корня, управляет рабового делительного устройстватой первртъ и второго выходных комму,14 по входу 1; 32 и 31 и устройствами 28 и К - коэффициент преобразования пер-29 вычисления корня так, что в делительного устрсэ Йствачае п 1, -1, т.е. в случае обрат,14 пр входу 2; . но пррпорциональной зависимости перК - коэффициент преобразб1вйайя ВТО--вой степени интенсивности сигнала от f входного коммутатора 18| . |)1с:Ст.рйййя, на входа первого и второК - коэффициент преобразования-пер го выходных коммутаторов 32 и 31 по. вого входного коммутатора 23 ступайт сигналы с выходов второго 2 по входу 1; - -множительного устройства 26 и седьК - коэффиЦиейт преОбразЬваяйя пер- МоГО запомингающего устройства 27, а - вого входного коммутатора 23 ..в других с.пучаях поступают выходные по входу 2;Ч сигналы устройств 28 и 29 вычисления коэфф й : корня, причем берется корень п-ой того запоминающего устройст- степени, ва 24;Выходные сигналы второго выходноК - коэффициент преобраэбвания шес-i го коммутатора 31 и второго усилитетого запоминающего устройства2S 5 ля 33 поступают на входы вычитающек одному из входов первого выходного Коммутатора 32, а выход первого устго устройства 34 и одновременно выходной сигнал второго выходного коммутатора 31 поступает на один из входов перемножения множительно-делительного устройства 36, на другой вход перемножения которого поступает

и

вых 36 К.-коэффициент преобразования в читающего устройства 34; К - коэффициент преобразования множительно-делительного уст ройства 36; и - выходной сигнал источника опорного сигнала 35, Если выполняются условия: К jjKgK g . 26 4 -i8N2T n Выходной сигнал множит ельно-дели тельного устройства 36 прямо пропор ционален расстоянию до объекта, .Предлагаемое устройство расширяе функциональные возможности подобных устройств, так как оно позволяет оп ределять расстояние до объекта при производных значениях степенного коэффициента распространения и экспоненциального, коэффициента за;тухания сигналов, излучаемых объектом в однородной среде, и может применять ся в электроразведке полезных искоnaeMbix, в гидроакустике и других областях техники. Формула изобретения Устройство для определения расстояния до объекта, содержащее прив ные датчики, входной и выходной ком мутаторы, источник опорного сигнала блок управления кс 4мутаторами, от личающееся тем, что, с цел расширения функциональных возможное тей, заключающееся в определении расстояния до объекта при произволь ных значениях степенного коэффициен та распространения и экспоненциального коэффициента затухания сигнало

выходной сигнал источника 35 опорного сигнала, пропорциональный расстоянию между приемными датчиками 3 и 4, равному 6 , Выходной сигнал множительно-делительного устройства 36 равен:

.К,-,-)

1

излучаемых объектом в однородной среде, оно дополнительно содержит первый.и второй имитатора сигналов объекта, коммутатор первого имитатора, коммутатор второго имитатора, .анализатор спектра, блок синхрониза.ции, задающий генератор, первое/йторое, третье, четвертое, пятое, шестое и седьмое запоминающее устройства, первое и второе делительные устройст.ва, 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, причём 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 первюго и второго вспомогательных выходных ком мутат.оров, выходы которых через первое, второе, третье и четвертое запоминающие устройства, первое и второе делительные устрбйства 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, яыход которог одновременно присоединен к блоку управления входными коммутаторами и через крммутаторы первого и второго имитаторов ко входам первого и второго имитаторов, а вьлходы блока управления входными коммутаторами подсоединены к управляющим входам первого 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 котсро-. .го через пятое и шестое запоминающее устройства подсоединены к обоим вхоДс1м второго множительного устройства, выход которого одновременно, подсоелинен ко входу первого устройства вычисления корня и к однсяиу из входов первого выходного коммутатора, на другой- вход которого подсоединен выход первого устройства вычисления корня, выход второго входного комму татора подключен кь входу седьмого запоминающего устройства, а выход седьмого запоминающего устройства -подключён параллельно ко входу второг устройства вычисления корня и к одному из входов первого выходного ком.мутатора, к другому входу которого подсоединен выход втстрого устройства вычисления корня, а выход второго выходного коммутатора подсоединен ;к одному из входов вычитающего устрой ства, на другой вход которого, через второй усилитель, коэффициент усиления .которого пропорциональный рассто нию между первым имитатором и ближним датчиком, подключен выход первого , выходного коммутатора, выход второго Щходного - коммутаторы и выход источ Ника 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 имитатора 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 № 385251, кл. G 01 V 3/10, 1573.