Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Сецналмстическкк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii877449 (6! ) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 1 1. 02. 80 (21) 2881579/18-10 (5! )М. Кл.

0 01 к1/02 с присоединением заявки М—

3Ъауааретнвнный квинтет

СССР ао делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.81. Бюллетень JA 40 (53) УДК 551.508..9(088.8) Дата опубликования описания 30 ° 10. 81 (72) Авторы изобретения

А.В. Тамулис, P.— È.IO. Кажис и С.И. Антан (71) Заявмтель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ

АТМОСФЕРЫ

Изобретение отйосится к метеороло,гическому приборостроению, в частности к приборам для измерения скорости ветра и температуры.

Известно устройство для определения скорости ветра, состоящее из излучателя и четырех приемников (11 °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для .измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер, нуль-.орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно

15 соединенных дифференциатора, делителя числа импульсов, второго триггера схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, 20 разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход дифференциатора подключен также ко вторым. входам решающего блока, второго-триг2 гера 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, подключенный ко второму выходу генератора импульсов, ко входам дифференциатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсоВ, а входом — к выходу второго генера- тора стабильной частоты tn .

Недостатком известного устройства является отсутствие автоматизации измерений параметров атмосферы.

3 8774

Цель изобретения — автоматизация измерений.

Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первый генератор стабильной частоты, излучающий и принимающий-ультразвуковые преобразователи, приемник, два триггера, нуль-орган, второй генератор стабильной частоты, первую схему Ц, счетчик, делитель числа импульсов и ре" шающий блок, дополнительно введены три приемника ультразвука, коммутатор

1 вторая схема И, схема ИЛИ, третий триггер, оперативная память, устройство записи-считывания и блок регис20 рации, 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 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

40 и решающий блок подсоединены ко входам блока регистрации, а выходы устройства записи-считывания 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. l показаиа структурная схе-5о ма измерителя1 на фиг. 2 — временные днаграммы, поясняющие работу измерителя.

Измеритель содержит генератор возбуждающих импульсов, в состав ко- 55 дорого входят генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3 и первый ге:нератор:4 стабильной частоты. К пер9 ф ,ному (управляющему) входу модулято ра 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 ll подключен ко вторым входам первого триггера 12 и схемы ИЛИ 13. Выход первого триггера

12 соединен со вторым входом второй схемы И !4, 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 импульсон подключен к первым входам блока 22 оперативной памяти. Вторые входы блока 22 соединены с выходами устройства 23 записи-считывания, а выходы — с.третьими нходами решающего блока 24, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа

15, четвертый — к выходу блока 23, а выходы — ко входам блока 25 регистра-. ции. Выход блока 25 регистрации соединен со вторым входом коммутатора

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 (фиг. 2.26) блок регистрации 25 1например, при нажатии находящейся в этом блоке кнопки "Старт" ) вырабатывает видеоимпульс, который переводит н.исходное состояние коммутатор 10 н запускает генератор 2 тактовых импуль сон. На выходе генератора 2 образуется пакет из четырех нидеоимпульсов

Число импульсов в одной серии равНо Йр = Г + 1 t p = (hTg Bpe» а о 1 о Хо менной сдвиг между сигналами на выходе модулятора 3 и приемника 11), ОСычно Ж (6T0(f. во всем диапазоне изменений параметров атмосферы (например, выбирают дТ = — = -у при каЬ 1

0. . Я либровке прибора на сред ее 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 до. того 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 < 274, где 7 вЂ, время прохождения ультразвукового сигнала в среде, т.е. пачка импульсов 35, соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу 30, формируется при наличии чисто бегущей вол-. ны 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

5 87744

27, что соответствует четырем тактам измерения, а период повторения импульсов и их длительность выбирается из условий обеспечения бегущей волны в системе. Первый импульс из четырех переводит в нулевые (исходные) состояния первый триггер 12, через схему

ИЛИ 13 третий триггер 16, делитель

10 числа импульсов, счетчик 21 импульсов и решающее устройство 24, а в !0 единичное — второй триггер 20 (фиг. 2,28), посредством устройства у записи-считывания 23 оперативную память в режим записи информации в первый регистр, а коммутатор — в состоя- !5 ние, при котором первый приемник 6 ультразвука подключается ко входу приемника ll, этот видеоимпульс поступает также на модулятор 3, на второй вход которого поступает сигнал щ

29 с выхода первого генератора стабильной частоты 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс 30, частота заполнения f которого выбирает-. ся так, чтобы разница между верхним р5 и нижним Пределами динамического диапазона измеряемых параметров атмосферы соответствовала фазовому сдвигу сигнала на выходе приемника ll, равному 23Г. Импульс 30 поступает на излучающий преобразователь 5, в котором преобразуется в акустический и излучается в окружающую среду. Излученный сигнал проходит исследуемую среду и принимается приемниками 6-9 ультра35 звука, однако на выходе коммутатора

10 в данный момент времени выделяется сигнал 31 только ат первого приемника 6 ультразвука. Электрический сигнал 31 с выхода коммутатора поступает на приемник )1, где проходит первичную и вторичную обработку. С выхода генератора 4 стабильной частоты непрерывный синусоидаль ный сигнал поступает также на вход

45 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

55 появляются импульсы 33, соответствующие по времени моментам перехода

:через нулевые значения сигнала, при9 6 нятого приемником 6 ультразвука. Первый импульс 33 с выхода блока 11 переводит первый триггер 12 в единичное состояние, чем открывается схема

И 14, через схему ИЛИ 13 подтверждает нулевое состояние третьего триггера 16. Импульсы с выхода нуль-органа

15 проходят через схему И 14 (фиг.2З4) 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

16 образуются 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 непрерывно поступают импульсы дискретизации с частотой f0 2 f с выхода второго генератора 18 стабильной частоты, поэтому на выходе схемы И 17 образуются серии импульсов 36.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первый

- генератор стабильной частоты, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник, два триггера, нуль-орган, второй генератор стабильной частоты, первую схему И, счетчик, делитель числа импульсов и решающий блок, о т л и ч а ю щ и й— с 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 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 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 вторыми входами оперативной памяти и четвертым входом решающего блока, при этом приемники ультразвука совмещены с вершинами вообразимого квадрата, в центре которого помещен излучатель..

7 8774

И закрывается и процесс измерения в первом такте измерения прекращается.

В конечном итоге в каждом такте из° мерения в счетчике 21 импульсов накапливается число импульсов Й4 = К (1 0 4. )

Код с"выходов счетчика 21 импульсов поступает на входы блока 22 оперативной памяти, где записывается в первом регистре памяти.

1", приходом следующего тактового импульса 27 переводятся в нулевые исходные состояния первый триггер 12 через схему ИЛИ 13, третий триггер 16, делитель 19 числа импульсов и счетчик

21 импульсов, .в единичное — второй

15 триггер 20,, устройство 23 записи-считывания подключает к выходам счетчика

21 импульсов второй регистр, а комму-. татор подключает ко входу приемника

11 приемник 7 ультразвука, и происхо20 дит процесс измерения параметров во втором такте измерения. С приходом третьего и четвертого тактовых импульсов 27 весь процесс измерения пов торяется с той лишь разницей, что ком25 мутатор подключает к приемнику по. очередно приемники 8 и 9 ультразвука, а устройство записи-считывания под" ключает к выходам счетчика 2Г импульсов поочередно третий и четвертый регистры памяти в блоке 22 оперативной памяти. По окончании четвертого (последнего в цикле измерения) тактового импульса 27 устройство записисчитывания при помощи собственного З5 генератора импульсов переводит информацию в виде 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 ре- 45 гистрации или печатается на бумажной ленте цифропечатающего устройства.

По окончании печатания на выходе регистрирующего блока образуется импульс 26, и начийается следующий цикл 50 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

49 . 8 форме, что расширяет область применения ультразвуковых контрольно-изме- рительных приборов.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

9 )О

2. Авторское свидетельство СССР по заявке II 2668973/18-10, кл. G Ol К II/24, 1978 (прототип).

Pui.1

27 фис. 8

ВНИИПИ Заказ 9607/69 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 87744

l, Ивркарьян А.Г. Измеряет и конт-, ролирувт ультразвук. М., "Энание", 1977, с. 32.

Ф

t.

C С