Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЯ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЯ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к средствам ультразвукового измерения расстояния до границы раздела двух сред и может быть использовано в уровнемерах, в устройствах для контроля расстояния между сближающимися объектами и т.п. Ультразвуковой измеритель содержит генератор зондирующих импульсов, связанный с входом электроакустического преобразователя, формирователь импульсов запаздывания в тракте приема отраженного сигнала с времяимпульсными преобразователями на выходе и счетчик. Времяимпульсный преобразователь сигнала запаздывания осуществляет одновременно компенсацию температурной погрешности, возникающей при изменении температуры среды, в которой распространяются акустические колебания. Он содержит формирователь счетных импульсов в виде двух ждущих автогенераторов, соединенных по кольцевой схеме, во времязадающую цепь одного из которых включен терморезистор, а резистор времязадающей цепи другого автогенератора используется для первоначальной калибровки, необходимой из-за разброса параметров времязадающей цепи. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2052768
Класс(ы) патента: G01B17/00
Номер заявки: 93044367/28
Дата подачи заявки: 07.09.1993
Дата публикации: 20.01.1996
Заявитель(и): Плещеев Владимир Ильич; Комаров Игорь Васильевич; Мамонкина Татьяна Игоревна; Абдулкин Андрей Анатольевич
Автор(ы): Плещеев Владимир Ильич; Комаров Игорь Васильевич; Мамонкина Татьяна Игоревна; Абдулкин Андрей Анатольевич
Патентообладатель(и): Плещеев Владимир Ильич; Комаров Игорь Васильевич; Мамонкина Татьяна Игоревна; Абдулкин Андрей Анатольевич
Описание изобретения: Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к акустическим средствам измерения расстояния до границы раздела двух сред, и может быть использовано для контроля уровня жидких, пастообразных и сыпучих веществ, расстояния между сближающимися объектами, например при парковке автомобилей и т.п.
При ультразвуковом измерении расстояния определенную проблему составляет зависимость результатов измерения от температуры среды, в которой распространяются акустические колебания.
Известен ультразвуковой измеритель расстояния [1] содержащий излучающий и приемный электроакустические преобразователи и два электроакустических преобразователя частотного датчика температуры, установленные на фиксированном расстоянии вдоль канала распространения акустических колебаний и подключенные к триггеру, время единичного состояния которого является функцией температуры среды. Триггер подключен к генератору стабильных импульсов и модулирует его частоту в зависимости от изменения температуры среды.
Как видно, это довольно сложное решение, предполагающее, кроме прочего, установку двух дополнительных электроакустических преобразователей, так что узел компенсации погрешности соизмерим с приемно-передающим трактом.
Несколько проще в части компенсации температурной погрешности известный ультразвуковой измеритель [2] содержащий генератор зондирующих импульсов, подключенный к приемно-излучающему электроакустическому преобразователю, формирователь запаздывания и сумматор, один вход которого подключен к выходу узла компенсации температурной погрешности. Последний включает два датчика температуры, один из которых установлен вблизи электроакустического преобразователя, а другой у контролируемой поверхности, дополнительный сумматор, к входам которого подключены датчики температуры, формирователь напряжения, пропорционального изменению температуры среды, и преобразователь этого напряжения во временной интервал.
В указанном ультразвуковом измерителе компенсация осуществляется за счет формирования пропорционального изменению температуры среды сигнала и алгебраического сложения этого сигнала с измеренным сигналом запаздывания.
Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой измеритель расстояния [3] содержащий формирователь зондирующих импульсов, выход которого подключен к электроакустическому преобразователю, формирователь импульса запаздывания, выход которого подключен к времяимпульсному преобразователю, включающему формирователь счетных импульсов с терморезистором в цепи управления частотой импульсов, и счетчик. Формирователь счетных импульсов выполнен в виде генератора синусоидальных колебаний с терморезистором в частотозадающей цепи и преобразователя синусоидальных колебаний в последовательность импульсов той же частоты.
Компенсация температурной погрешности в прототипе достигается изменением частоты счетных импульсов в соответствии с изменением температуры среды. Однако неизбежный разброс параметров будет вносить погрешность в работу узла компенсации, а необходимая в таком случае калибровка в устройстве-прототипе довольно проблематична.
Цель изобретения компенсация температурной погрешности с возможностью калибровки устройства при разбросе параметров времязадающей цепи.
Цель достигается тем, что в ультразвуковом измерителе расстояния, содержащем формирователь зондирующих импульсов, выход которого связан с электроакустическим преобразователем, формирователь импульсов запаздывания, подключенный к выходу формирователя импульса запаздывания, времяимпульсный преобразователь, включающий формирователь счетных импульсов с терморезистором в цепи управления частотой, и счетчик, формирователь счетных импульсов выполнен в виде двух ждущих автогенераторов, включенных по кольцевой схеме, а терморезистор включен во времязадающую цепь одного из них.
Благодаря такому решению период следования счетных импульсов складывается из длительности импульса, определяемой времязадающей цепью одного из автогенераторов, и времени паузы, определяемого параметрами времязадающей цепи другого. Поскольку одно из слагаемых периода зависит от температуры среды, при постоянном значении второго слагаемого период следования счетных импульсов будет изменяться в соответствии с изменением температуры, а необходимая калибровка из-за разброса параметров может быть обеспечена за счет изменения второго слагаемого периода, которое определяется времязадающей цепью другого автогенератора.
На фиг. 1 блок-схема двухпорогового измерителя уровня; на фиг. 2 эпюры напряжений на выходе элементов устройства.
Формирователь 1 зондирующих импульсов включает генератор 2 звуковых колебаний, подключенный к управляемому ключу 3, управляющий вход которого подсоединен к формирователю 4 импульсов. Выход формирователя 1 зондирующих импульсов через коммутатор 5 подсоединен к приемно-излучающему электроакустическому преобразователю 6, выполненному, например, в виде антенной решетки. Выход коммутатора 5 подключен к входу формирователя 7 импульсов запаздывания через усилитель 8, управляемый ключ 9 и детектор 10. Другой вход формирователя 7 импульсов запаздывания связан с формирователем 4 импульсов. К управляющему входу ключа 9 подсоединен формирователь 11 импульсов. Входы формирователей 4 и 11 импульсов подсоединены к генератору 12 прямоугольных импульсов. Выход формирователя 7 импульсов запаздывания подсоединен к времязадающему преобразователю, включающему формирователь 13 счетных импульсов, выполненный в виде двух ждущих автогенераторов 14 и 15, включенных по кольцевой схеме. Автогенератор 14 (15) представляет собой ждущий мультивибратор с двумя выходами запускa: один (А) по нарастающему перепаду управляющего импульса, другой (В) по спадающему и двумя выходами: прямым Q и инверсным . Времязадающие цепи автогенераторов 14 (15) образованы конденсатором 16 (17) и резистором 18 (19). Резистор 19 выполнен в виде термосопротивления, калибровочный резистор 18 в виде переменного, подстроечного, резистора. Выход формирователя 13 счетных импульсов подключен к блоку 20 совпадений, другой вход которого подсоединен к выходу формирователя 7 импульса запаздывания. Выход блока 20 совпадения подключен к счетчику 21 импульсов, выход которого через дешифратор 22 подключен к индикатору 23. Блок 24 управления подсоединен к дешифратору 22 и счетчику 21. Выход счетчика 21 связан также с двумя блоками сравнения 25 и 26, вторые входы которых подсоединены к соответствующему переключателю 27 (28) порога, а выход блоков 25 и 26 сравнения подсоединен к индикатору 29 критических состояний.
Ультразвуковой измеритель расстояния работает следующим образом.
Сигнал U2 с выхода генератора 2 звуковых колебаний поступает на ключ 3, управляемый сигналом U4 с выхода формирователя 4 импульсов. В результате на выходе формирователя 1 зондирующих импульсов появляются радиоимпульсы U1, которые через коммутатор 5 подаются на электроакустический преобразователь 6 и излучаются в направлении контролируемой отражающей поверхности. Отраженный сигнал принимается тем же электрическим преобразователем 6 и через коммутатор 5 подается на усилитель 8 радиоимпульсов и затем через ключ 9, управляемый сигналом U11 с выхода формирователя импульсов, на вход детектора 10.
Импульсы U4 и U11 формируются по передним фронтам сигнала U12 с выхода генератора 12 прямоугольных импульсов. При этом импульсы, формируемые блоком 11, более длинные, чем излучаемые, что необходимо для предотвращения пролезания излучаемого сигнала на вход детектора 10. Продетектированный сигнал U10 поступает на вход формирователя 7 импульсов запаздывания, где начало импульса запаздывания U7 определяет сигнал с выхода формирователя 4 импульсов, а конец с выхода детектора 10. Сформированный таким образом импульс запаздывания заполняется счетным импульсом U13, поступающим с формирователя 13 счетных импульсов. Формирователь 13 счетных импульсов осуществляет не только времяимпульсное преобразование сигнала U7, но и компенсацию температурной погрешности.
Период следования счетных импульсов Тс4 равен сумме длительностей импульсов Т1 автогенератора 14 и Т2 автогенератора 15:
Tc4 T1+T2 K1˙R18 ˙C16+K2 ˙R19 ˙C17, где К1, К2 постоянные коэффициенты, зависящие от конкретного исполнения автогенератора;
R18, R19 величина сопротивления резистора 18 и 19;
С16, С17 емкость конденсатора 16 и 17.
Для идеальной компенсации
Vto˙Tc4 const V(to)˙(K3R18+K4 ˙R19), где V(to) скорость звука.
Следовательно,
R19(to) a/v(to) -(bR18) где а, b постоянные коэффициенты. Для воздуха V(to) 331,46 (1+1,83˙ 10-3˙toC)
Зависимость сопротивления полупроводниковых терморезисторов типового исполнения (ТР-4, ММТ-4) близка к случаю идеальной компенсации.
Неизбежный разброс параметров времязадающих цепей легко корректируется при первоначальной калибровке с помощью резистора 18 (R18) автогенератора 14. Варьируя параметрами времязадающих цепей (R18R16) и (R19C17), можно обеспечить уменьшение погрешности от изменения температуры среды, как показали испытания, более, чем в 10 раз.
Импульсы запаздывания, заполненные счетными импульсами, поступают на двоично-десятичный счетчик 21, который обнуляется по окончании действия каждого импульса запаздывания U7. Перед обнулением двоично-десятичный код записывается дешифратором 22, с выхода которого код расстояния поступает на цифровой индикатор 23 уровня.
Критические состояния фиксируются индикатором 29 критических состояний, информация на который поступает от блоков 25 и 26 сравнения текущего значения импульсов запаздывания с заданными пороговыми значениями.
Предложенный ультразвуковой измеритель был опробован при измерении расстояний от 0,3 до 10 м и изменения температуры среды от 20 до 75оС, Погрешность измерения при этом не превышала 2%
Формула изобретения: УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЯ, содержащий последовательно соединенные формирователь зондирующих импульсов, выход которого связан с электроакустическим преобразователем, формирователь импульсов запаздывания, времяимпульсный преобразователь, включающий формирователь счетных импульсов с терморезистором во времязадающей цепи, и счетчик, отличающийся тем, что формирователь счетных импульсов выполнен в виде двух ждущих автогенераторов, включенных по кольцевой схеме, а терморезистор включен во времязадающую цепь одного из них.