Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы Советский патент 1981 года по МПК G01W1/02 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к метеороло,гическому приборостроению, в частност к приборам для измерения скорости ветра и температуры. Известно устройство для определения скорости ветра, состоящее из излучателя и четырех приемников fij . Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, из.лучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер, нуль-орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно соединенных дифференциатора, делителя числа импульсов, второго триггера схемы И, второго делителя числа им/пульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход дифференциатора подключен также ко вторым входам решающего блока, второго тригАТМОСФЕРЫгера и разностного счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого генератора стабильной частоты и выход первого триггера, подключенного вторым входом через нуль-орган к выходу генератЬра возбуждающих импульсов, при этом выход приемника подключен также ко вторым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых импульсов, подклоченный ко второму выходу генератора импульсов, ко входам дифференциатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих .импульсор, а входом - к выходу второго генератора стабильной частоты 2. Недостатком известного устройства является отсутствие автоматизации измерений параметров атмосферы. Цель изобретения - автоматизация измерений. Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соеди ненные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первьй ге нератор стабильной частоты, излучающий и принимающий-ультразвуковые пре образователи, приёмник, два триггера, нуль-орган, второй генератор ста бильной частоты первую схему Ц, сче чик, делитель числа импульсов и решающий блок, дополнительно введены три приемника ультразвука, коммутато вторая схема И, схема ИЛИ, третий триггер, оперативная память, устройство записи-считывания и блок регисрации, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен ко входам коммутатора первого триггера, схемы ИЛИ, решающего блока и устройства записи-считывания, а вход к выходу блока регистрации и второму входу коммутатора, третьи входы которого соединены с принимающими преобразователями, а выход-СО входом приемника, выход первого генератора стабильной частоты через нуль-орган подсоединен ко второму входу решающего блока и первому входу второй схемы И выход приемника через последовательно соединенные схему ИЛИ и третий триггер подключен к третьему входу первой схеиы И и второму входу делителя числа импульсов, выход первого триггера посредством второй схемы И связан со вторым входом третьего триггера, выходы счетчика через оперативную памят и решающий блок подсоединены ко входа блока регистрации, а выходы устройства записи-считьшания соединены со вторыми входами оперативной памяти и четвертым входом решающего блока, при этом приемники ультразвука совмещены с вершинами вообразимого квадрата, в центре которого помещен излучатель . На фиг. I показана структурная схе ма измерителяj на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу изме рителя . Измеритель содержит генератор возбуждающих импульсов, в состав коfoporo входят генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3 и первый ге- iнератор.4 стабильной частоты. К пер,вому (управляющему входу модулятора 3 подключен выход генератора 2, а ко второму - выход генератора 4 стабильной частоты. Выход модулятора 3 (или генератора 1 возбуждающих импульсов) подключен к излучающему преобразователю 5.. Приемники 6-9 ультразвука подсоединены к третьим входам коммутатора 10, первый вход которого .соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов, а выход через приемник 11 подключен ко вторым входам первого триггера 12 и схемы ИЛИ 3. Выход первого триггера 12 соединен со вторым входом второй схемы И 14, первый вход которой подключен через нуль-орган 15 к выходу первого генератора 4 стабильной частоты, а выход - ко второму входу третьего триггера 16. Первый вход триггера 16 соединен с -выходом схемы ИЛИ 13, а выход - с третьим входом первой схемы И 17, первый вход которой подключен к выходу второго генератора 18 стабильной частоты. Выход третьего триггера 16 соединен также посредством делителя 19 числа импульсов и второго триггера 20 со вторым входом их первой схемы И 17, выход которой через счетчик 21 импульсов подключен к первым входам блока 22 оперативной памяти. Вторые входы блока 22 соединены с выходами устройства 23 записи-считывания, а выходы - с.третьими входами решающего блока 24, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа 15, четвертый - к выходу блока 23, а выходы - ко входам блока 25 регистрации. Выход блока 25 регистрации соединен со вторым входом коммутатора i 10 и входом генератора 2 тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам первого триггера 12, схемы ИЛИ 13, решающего блока 24, делителя 19 числа импульсов, второго триггера 20, счетчика 21 импульсов и входу блока 23. Измеритель работает следующим образом. В начальный момент времени t(j (фиг. 2.2б) блок регистрации 25 (например, при нажатии находящейся в этом блоке кнопки Старт) вырабатывает видеоимпульс, который переводит в исходное состояние коммутатор 10 и запускает генератор 2 тактовых импуль-сов. На выходе генератора 2 образуется пакет из четырех видеоимпульсов 27, что соответствует четырем тактам измерения, а период повторения импул сов и их длительность выбирается из условий обеспечения бегущей волны в системе. Первый импульс из четырех переводит в нулевые (исходные) состояния первый триггер 12, через схем ИЛИ 13 третий триггер 16, делитель 10 числа импульсов, счетчик 21 импул сов и решающее устройство 24, а в единичное - второй триггер 20 (фиг. 2.28, посредством устройства записи-счи.тывания 23 оперативную память в режим записи информации в пер вый регистр, а коммутатор - в состоя ние, при котором первый приемник 6 ультразвука подключается ко входу приемника I1, этот видеоимпульс поступает также на модулятор 3, на второй вход которого поступает сигнал 29 с выхода первого генератора стабильной частоты 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс 30, час тота заполнения f которого выбирает ся так, чтобы разница между верхним и нижним Пределами динамического диапазона измеряемых параметров атмосферы соответствовала фазовому сдвигу сигнала на выходе приемника 11, равному 2Т. Импульс 30 поступает на излучающий преобразователь 5, в которо преобразуется в акустический и излучается в окружающую среду. Излученны сигнал проходит исследуемую среду и принимается приемниками 6-9 ультразвука, однако на выходе коммутатора 10 в данный момент времени вьщеляется сигнал 31 только от первого приемника 6 ультразвука. Электрический сигнал 31 с выхода коммутатора поступает на приемник f1, где проходит первичную и вторичную обработку. С выхода генератора 4 стабиль ной частоты непрерывный синусоидальный сигнал поступает также на вход нуль-органа 15, на выходе которого образуются импульсы 32, нормированные по амплитуде и длительности. Эти импульсы соответствуют по времени моментам прохождения через нулевые значения сигнала 20 на входе нульоргана. Импульсы 32 беспрерывно поступают на входы второй (закрытой) схемы И 14 и решающего блока 24. Схема И 14 находится в закрытом состоянии пока на выходе блока 11 не появляются импульсы 33, соответствующие по времени моментам перехода через нулевые значения сигнала, принятого приемником 6 ультразвука. Первый импульс 33 с выхода блока 11 переводит первый триггер I2 в единичное состояние, чем открывается схема И 14, через схему ИЛИ 13 подтверждает нулевое состояние третьего триггера 16. Импульсы с выхода нуль-органа 15проходят через схему И 14 (фиг.234) и поступают на второй вход третьего триггера 16, на первый вход которого поступают импульсы 33 с выхода схемы ИЛИ 13. При этом на выходе триггера 16образуются импульсы 35, длительность которых .несет информацию об изменении параметров атмосферы. С выхода блока 16 видеоимпульсы 35 поступают на третий вход первой схемы И 17. и второй вход делителя 19 числа импульсов. Делитель 19 импульсов предназначен для накоппления информации. Коэффициент деления делителя обычно выбирается от единицы до нескольких десятков. На первый вход первой схемы И 17 непрерьгоно поступают импульсы дискретизации с частотой fp f с выхода второго генератора 18 стабильной частоты, поэтому на выходе схемы И 17 образуются серии импульсов 36. Число импульсов в одной серии равно N р - + I ;.t i менной сдвиг между сигналами на выходе модулятора 3 и приемника П), Обычно % лТд t во всем диапазоне изменений параметров атмосферы (например, выбирают дТд -г- ft-j при калибровке прибора на среднее значение диапазонов изменения скорости ветра и температуры). Серии импульсов 36 с выхода первой схемы И поступают на второй вход счетчика 21 импульсов, в котором накопляются дотого времени, пока не будет переполнен делитель 19 числа импульсов, на второй вход которого поступают видеоимпульсы 35 с выхода третьего триггера 16. Коэффициент деления делителя 19 числа импульсов К выбран из К 2Ci, где f - время прохождения ультразвукового сигнала в среде, т.е. пачка импульсов 35, соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу 30, формируется при наличии чисто бегущей волны в акустической системе. При переполнении делителя 19 числа импульсов на его выходе образуется импульс 37, который переводит второй триггер 20 в нулевое состояние, чем первая схема И закрывается и процесс измерения в первом такте измерения прекращается. В конечном итоге в каждом такте из мерения в счетчике 21 импульсов накап ливается число импульсов N Ку( а Код с выходов счетчика 2 импульсо поступает на входы блока 22 оперативной памяти, где записывается в первом регистре памяти. Р приходом следующего тактового им пульса 27 переводятся в нулевые исход ные состояния первый триггер 12 через схему ИЛИ 13, третий триггер 16, дели тель 19 числа импульсов и счетчик 21 импульсов, в единичное - второй триггер 20„ устройство 23 записи-считывания подключает к выходам счетчика 21 импульсов второй регистр, а коммутатор подключает ко входу приемника 11 приемник 7 ультразвука, и происходит пррцесс измерения параметров во втором такте измерения. С приходом третьего и четвертого тактовых импульсов 27 весь процесс измерения пов торяется с той лишь разницей, что ком мутатор подключает к приемнику поочередно приемники 8 и 9 ультразвука, а устройство эаписи-считьшания подключает к выходам счетчика 21 импульсов поочередно третий и четвертый регистры памяти в блоке 22 оперативной памяти. По окончании четвертого (последнего в Цикле измерения) тактово го импульса 27 устройство записисчитывания при помощи собственного генератора импульсов переводит информацию в внце кода с регистров памяти в решающий блок 24, на второй вход которого непрерывно поступают импульсы 32 с выхода блока 15, с частотой f. В решающем блоке по заданному алгоритму исчисляются значения скорости и направления ветра и температуры атмосферы. Результат измерения высвечивается на цифровом табло блока регистрации или печатается на бумажной Ленте цифропечатающего устройства. По окончании печатания на выходе регистрирующего блока образуется импульс 26, и начинается следующий цккл измерения. Предлагаемый ультразвуковой измеритель позволяет автоматизировать измерения скорости и направления ветра, температуры и, при составлении нужного алгоритма, некоторых других параметров атмосферы, результаты измерения представляются в цифровой форме, что расширяет область применения ультразвуковых контрольно-измерительных приборов. Формула изобретения Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соединенные электроакустически последоваг тельно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первый генератор стабильной частоты, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник, два триг- гера, нуйь-орган, второй генератор стабильной частоты, первую Схему И, счетчик, делитель числа импульсов и решающий блок, отличающийс я тем, что, с целью автоматизации измерений, в него дополнительно введены три приемника ультразвука, коммутатор, вторая схема И, схема ИЛИ, третий триггер, оперативная память, устройство записи-считывания и блок регистрации, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен ко входам коммутатора первого . триггера, схемы ИЛИ, решающего блока и устройства записи-считывания, а вход - к выходу блока регистрации и второму входу коммутатора, третьи входы которого соединены с принимающими преобразователями, а выход - со входим приемника,выход первого генератора стабильной частоты через нуль-орган подсоединенко второму входу решающего блока и первому входу второй схемы И, выход приемника через последовательно соединенные .схему ИЛИ и третий триггер подключен к третьему входу первой схемы И и второму входу делителя числа .импульсов, выход первого триггера посредством второй схемы И связан со вторым входом третьего триггера, выходы счетчика через оперативную память и решающий блок подсоединены ко входам блока регистрации, выходы устройства записи-считывания соединены со вторьми входами оперативной памяти и четвертым входом решающего блока, при этом приемники ультразвука совмещены с вершинами вообразимого квадрата, в центре которого помещен излучатель Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Маркарьян А.Г. ролирует ультразвук. 1977. с. 32. Измеряет и конт, М., Знание, 877Л49 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2668973/18-10, кл. G 01 К 11/24, 1978 (прототип).