Акустическое устройство измерения расстояния до объекта

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА(71) Заявитель Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(57) Акустическое устройство измерения расстояния до объекта, содержащее формирователь излучаемого сигнала первого канала, первый выход которого соединен с входом усилителя мощности первого канала, выход которого соединен с датчиком-излучателем первого канала, датчик-приемник первого канала, выход которого соединен с входом приемника сигнала первого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя счетного интервала первого канала, второй вход которого соединен с генератором счетных импульсов, третий вход формирователя счетного интервала первого канала соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала первого канала, а выход - с первым входом счетчика первого канала,второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала первого канала, и блок отображения информации, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит формирователь излучаемого сигнала -ого канала, первый выход которого соединен с входом усилителя мощности ого канала, выход которого соединен с датчиком-излучателем -ого канала, датчик-приемник -ого канала,выход которого соединен с входом приемника сигнала -ого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя счетного интервала -ого канала, второй вход которого соединен с генератором счетных импульсов, третий вход формирователя счетного интервала -ого канала соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала -ого канала, а выход - с первым входом счетчика -ого канала, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала -ого канала, устройство содержит также блок восстановления числа по китайской теореме об остатках, первый вход которого соединен с выходом счетчика первого канала, -ый вход соединен соответственно с выходом счетчика -ого канала, а выход блока восстановления числа по китайской теореме об остатках соединен с входом блока отображения информации, причем 2. 4774 101088174 , 1989.02161384 , 1990.62028683 , 1987. Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к акустическим средствам определения расстояния до объекта. Известно устройство 1, содержащее формирователь излучаемого сигнала, усилитель мощности, совмещенный датчик излучаемого и приемного сигналов, приемник сигнала, формирователь счетного интервала,счетчик импульсов, генератор счетных импульсов, блок отображения информации. Недостатком известного устройства является то, что на период излучения сигнала приемник должен быть заперт. Время запирания приемника определяет минимальное расстояние до объекта. Наиболее близким к предлагаемому является устройство 2, включающее формирователь излучаемого сигнала, усилитель мощности, датчик излучаемого сигнала, датчик-приемник, формирователь счетного интервала, счетчик импульсов, генератор счетных импульсов, блок отображения информации. Устройство работает следующим образом. Формирователь излучаемого сигнала генерирует пачку сигналов, которые поступают через усилитель мощности на датчик излучаемого сигнала. Датчик излучает сигнал. Одновременно формирователь излучаемого сигнала генерирует импульс, который поступает на счетчик импульсов и формирователь счетного интервала. При этом счетчик импульсов сбрасывается в нуль. Сигналы с генератора начинают поступать через формирователь счетного интервала на счетчик. Принимаемый датчикомприемником отраженный от объекта эхо-сигнал усиливается приемником, поступает на вход формирователя счетного интервала и запрещает поступление импульсов с генератора на счетчик. Таким образом, количество подсчитанных импульсов в счетчике пропорционально расстоянию до объекта. Значение счетчика поступает на устройство отображения информации. Недостатком данного устройства является то, что для измерения больших расстояний скважность зондирующего сигнала должна быть большой, что для многих применений невозможно. Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, который выражается в измерении больших расстояний до объектов зондирующими сигналами с малым скважностью. Задача достигается тем, что в акустическое устройство измерения расстояния до объекта, содержащее формирователь излучаемого сигнала первого канала, первый выход которого соединен с входом усилителя мощности первого канала, выход которого соединен с датчиком-излучателем первого канала, датчикприемник первого канала, выход которого соединен с входом приемника сигнала первого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя счетного интервала первого канала, второй вход которого соединен с генератором счетных импульсов, третий вход формирователя счетного интервала первого канала соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала первого канала, а выход - с первым входом счетчика первого канала, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя излученного сигнала первого канала, и блок отображения информации, дополнительно включены формирователь излучаемого сигнала -ого канала, первый выход которого соединен с входом усилителя мощности -ого канала,выход которого соединен датчиком-излучателем -ого канала, датчик-приемник -ого канала, выход которого соединен с входом приемника сигнала -ого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя счетного интервала -ого канала, второй вход которого соединен с генератором счетных импульсов,третий вход формирователя счетного интервала -ого канала соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала -ого канала, а выход - с первым входом счетчика -ого канала, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя излучаемого сигнала -ого канала, устройство содержит также блок восстановления числа по китайской теореме об остатках, первый вход которого соединен с выходом счетчика первого канала, -ый вход соединен соответственно с выходом счетчика -ого канала, а выход блока восстановления числа по китайской теореме об остатках соединен с входом блока отображения информации, причем 2. Сущность изобретения заключается в том, что используетсяканалов обработки сигналов и блок восстановления числа по китайской теореме об остатках. Объект зондируетсясигналами, характеризующимися различными периодами следования сигнала, и определение расстояния до объекта производится порезультатам измерений в соответствии с китайской теоремой об остатках. Это позволяет измерять расстояние до объекта зондирующими сигналами с малой скважностью. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства. На фиг. 2 и фиг. 3 приведены структурные схемы соответственно формирователя излучаемого сигнала и формирователя счетного интервала. На рис. 4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. 2 4774 1 Акустическое устройство измерения расстояния до объекта (фиг. 1), содержащее формирователь 1.1 излучаемого сигнала первого канала, первый выход которого соединен с входом усилителя 2.1 мощности первого канала, выход которого соединен с датчиком-излучателем 3.1 первого канала, датчик-приемник 4.1 первого канала, выход которого соединен с входом приемника 5.1 сигнала первого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя 6.1 счетного интервала первого канала, второй вход которого соединен с генератором 7 счетных импульсов, третий вход формирователя 6.1 счетного интервала первого канала соединен с вторым выходом формирователя 1.1 излучаемого сигнала первого канала, а выход - с первым входом счетчика 8.1 первого канала, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 1.1 излученного сигнала первого канала, и блок 9 отображения информации, дополнительно содержит формирователь 1. излучаемого сигнала -ого канала, первый выход которого соединен с входом усилитель 2. мощности ого канала, выход которого соединен датчиком-излучателем 3. -ого канала, датчик-приемник 4. -ого канала, выход которого соединен с входом приемника 5. сигнала -ого канала, выход которого соединен с первым входом формирователя 6. счетного интервала -ого канала, второй вход которого соединен с генератором 7 счетных импульсов, третий вход формирователя 6. счетного интервала -ого канала соединен с вторым выходом формирователя 1. излучаемого сигнала -ого канала, а выход - с первым входом счетчика 8. -ого канала, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 1. излучаемого сигнала ого канала, устройство содержит также блок 10 восстановления числа по китайской теореме об остатках,первый вход которого соединен с выходом счетчика 8.1 первого канала, -ый вход соединен соответственно с выходом счетчика 8. -ого канала, а выход блока восстановления числа по китайской теореме об остатках соединен с входом блока 9 отображения информации, причем 2. Устройство работает следующим образом. Формирователь 1.1 излучаемого сигнала первого канала генерирует пачку сигналов, которые поступают через усилитель 2.1 мощности первого канала на датчик 3.1 излучаемого сигнала первого канала. Реализация формирователя излучаемого сигнала известна и приведена на фиг. 2. На первый вход элемента И 11 формирователя излучаемого сигнала поступают импульсы высокой частоты с генератора 12 высокой частоты(фиг. 4 а), а на второй вход - с генератора 13 низкой частоты большой скважности (фиг. 4 б). Таким образом,на выходе первого элемента И сформирован требуемый сигнал с требуемой скважностью и заполнением(фиг. 4 в). Датчик излучает сигнал. Одновременно на выходе -цепочки формирователя 1.1 излучаемого сигнала первого канала генерируется импульс, который поступает на счетчик 8.1 импульсов и формирователь 6.1 счетного интервала. При этом счетчик 8.1 импульсов сбрасывается в нуль. Реализация формирователя счетного интервала известна и приведена на фиг. 3. Триггер 14 формирователя 6.1 первого канала (фиг. 3) устанавливается в единичное состояние. В результате сигналы с выхода генератора 7 счетных импульсов через элемент И 15 формирователя 6.1 поступают на счетчик 8.1 первого канала. Отраженный от объекта сигнал(фиг. 4 г) принимается датчиком-приемником 4.1 первого канала, усиливается приемником 5.1 первого канала и поступает на вход формирователя 6.1 первого канала. Принимаемый сигнал поступает на второй вход триггера 14 и сбрасывает его в нуль (фиг. 3). Нулевой сигнал с триггера, поступая на второй вход элемента И 15,запрещает поступление импульсов с генератора 7 на счетчик 8.1 первого канала. Таким образом, в счетчике оказывается количество импульсов, пропорциональное расстоянию до объекта (фиг. 4 д). Значение счетчика поступает на первый вход блока 10 восстановления числа по китайской теореме об остатках. Аналогичным образом работают элементы второго-ого каналов устройства. Отличие между каналами состоит в том, что последовательности импульсов, генерируемые на втором выходе формирователей излучаемого сигнала, характеризуются различным периодом следования (фиг. 4 е и фиг. 4 в). Максимальная дальность до объекта определяется из известной формулы(Т 0)/2,(1) где- скорость распространения акустической волны в среде между датчиком излучения и объектом, Т 0 период следования низкочастотных импульсов на втором выходе формирователя излучаемого сигнала. Если расстояние до объекта будет меньше максимальной дальности по любому каналу, то есть изм, то количество импульсов подсчитанное в счетчике любого канала, будет одинаковым и однозначно определит расстояние до объекта. Если расстояние до объекта будет меньше максимальной дальности по одному каналу, но больше по другому каналу, либо больше максимальной дальности обоих каналов, то естьизмили изм,3 4774 1 то количество импульсов, подсчитанное в счетчиках, будет различным (фиг. 4 з, и, ж,). Однако в соответствии с китайской теоремой об остатках возможно однозначное восстановление числа (расстояние до объекта) 3. При этом должны быть выполнены следующие условия периоды следования пачек импульсов излучаемого сигнала для разных каналов Т и Т должны являться попарно взаимно простыми числами расстояние до объекта не должно превышать значения ТТ. В качестве длительности периода подставляется количество импульсов генератора за один период. В этом случае расстояние до объекта для устройства с -каналами определяется не в соответствии с формулой 1, а в соответствии с известными выражениями как вычет следующего выражения 312,(2)(3)111222,где- расстояние до объекта, вычисленное по -му каналу,2/, выбирается из условия 1,2 - количество каналов. Вычисление расстояния до объекта осуществляется в блоке восстановления числа по китайской теореме об остатках (фиг. 2), реализующем алгоритм вычисления в соответствии с формулами (2), (3). Реализация блока известна. Следует отметить, что параметрыи М определяются на стадии разработки устройства. Источники информации 1.1532892, 1989. 2.2039368 С 1, 1995. 3. Маккленан Д., Рейдер Г. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов пер. анг / Под ред. Ю.И. Манина. - М. Радио и связь, 1983. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4