RU2123191C1

RU2123191C1 - Echo sounder

Info

Publication number: RU2123191C1
Application number: RU97111517A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Бочков; В.Р. Магнушевский; А.М. Попов; В.Н. Сивенкова; И.И. Таубкин; И.М. Троицкий; М.Л. Храпунов; В.Т. Хряпов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Инжиниринговое предприятие "РУБЕЖ"
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: underwater acoustics. SUBSTANCE: invention refers to underwater acoustic instruments designed to measure depth. The echo sounder includes synchronizing unit, generator of radio pulses, amplifier, detector, threshold unit, unit measuring time intervals and indicator connected in series, piezovibrator connected to generator of radio pulses and amplifier. Echo sounder is supplemented with unit for time automatic adjustment of gain control connected with first input to second output of synchronizing unit, with second input to second output of unit measuring time intervals and with output to second input of amplifier. EFFECT: enhanced noise immunity and accuracy of portable echo sounder under different conditions of operation. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустическим приборам, предназначенным для измерения глубины, и может использоваться при создании портативных эхолотов, например, для любительского лова рыбы, водного туризма и т.п. The invention relates to sonar devices intended for measuring depth, and can be used to create portable echo sounders, for example, for amateur fishing, boating, etc.

Известны различные конструкции эхолотов, содержащие передатчик с вибратором-излучателем зондирующих ультразвуковых импульсов, тракт приема отраженных эхосигналов с вибратором-приемником и тракт обработки, а также индикации результатов измерения глубины. Индикация может осуществляться с помощью самопишущих приборов, визуальных или цифровых указателей или с помощью ЭВМ (см. , например, а.с. СССР N 284869, G 01 S 15/00, БИ N 9 1990 г., пат. РФ N 1838801, G 01 S 15/00, БИ N 32, 1993 г., пат. США N3500302, кл. 340-3, опубл. 1970 г.). Various constructions of echo sounders are known, comprising a transmitter with a vibrator-emitter of probe ultrasonic pulses, a path for receiving reflected echo signals with a vibrator-receiver, and a processing path, as well as an indication of the results of measuring depth. Indication can be carried out using recorders, visual or digital pointers or using a computer (see, for example, AS USSR N 284869, G 01 S 15/00, BI N 9 1990, pat. RF N 1838801, G 01 S 15/00, BI N 32, 1993, U.S. Pat. N3500302, CL 340-3, publ. 1970).

Известные двухвибраторные эхолоты, где тракты приема и излучения разделены, обеспечивают достаточно высокую точность измерения и помехоустойчивость. Однако, их реализация требует, как правило, стационарного размещения на судне и затрудняет создание портативных конструкций. Для создания портативных эхолотов используют одновибраторную конструкцию, в которой излучатель зондирующих импульсов осуществляет также и прием отраженного эхосигнала. Known two-vibration echo sounders, where the reception and emission paths are separated, provide a sufficiently high measurement accuracy and noise immunity. However, their implementation requires, as a rule, stationary placement on the vessel and complicates the creation of portable structures. To create portable echo sounders, a one-shot design is used, in which the probe pulse emitter also receives the reflected echo signal.

Известен одновибраторный эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к генератору радиоимпульсов и входу усилителя. Второй выход синхронизирующего устройства подключен к второму входу устройства измерения временных интервалов, которое в данном эхолоте включает последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C, выполненный на RS-триггере (H - измеряемая глубина, C - скорость распространения ультразвука в воде), устройство совпадения, выполненное в виде электронного ключа, и цифровой счетчик, а также генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу устройства совпадения. Работа такого прибора управляется синхронизирующим устройством, роль которого в известном эхолоте играет тактовый генератор и одновибратор, формирующий тактовый импульс, по длительности равный зондирующему. Импульсы синхронизирующего устройства устанавливают счетчик в исходное (нулевое) состояние и закрывают приемник, делая его нечувствительным к сигналам на время передачи зондирующих импульсов. Тактовый импульс запускает генератор радиоимпульсов (передатчик) который, управляя пьезовибратором, формирует зондирующий импульс. Одновременно устройство совпадения, выполненное в виде электронного ключа, начинает пропускать на счетчик импульсы образцовой частоты от генератора импульсов, входящего в состав устройства измерения временных интервалов. По окончании работы передатчика приемник открывается и приобретает нормальную чувствительность. Эхосигнал, отраженный от дна, принимается пьезовибратором и после усиления в приемнике закрывает электронный ключ. Информация с цифрового счетчика поступает на индикатор, на котором высвечивается значение измеряемой глубины. A one-shot echo sounder is known, comprising a synchronization device, a radio pulse generator, an amplifier, a detector, a threshold device, a time interval measuring device and an indication unit, as well as a piezo vibrator connected to a radio pulse generator and an amplifier input. The second output of the synchronizing device is connected to the second input of the time interval measuring device, which in this echo sounder includes a 2H / C pulse shaper connected in series with an RS trigger (H is the measured depth, C is the ultrasound propagation velocity in water), the matching device, made in the form of an electronic key, and a digital counter, as well as a clock generator connected to the second input of the coincidence device. The operation of such a device is controlled by a synchronizing device, the role of which in a known echo sounder is played by a clock generator and a single-shot, generating a clock pulse, equal in duration to the probing one. The pulses of the synchronizing device set the counter to its initial (zero) state and close the receiver, making it insensitive to signals during the transmission of probing pulses. The clock pulse starts the radio pulse generator (transmitter) which, controlling the piezo-vibrator, generates a probe pulse. At the same time, the coincidence device, made in the form of an electronic key, begins to pass to the counter impulses of the reference frequency from the pulse generator, which is part of the device for measuring time intervals. At the end of the transmitter, the receiver opens and acquires normal sensitivity. The echo signal reflected from the bottom is received by the piezo-vibrator and, after amplification in the receiver, closes the electronic key. Information from the digital counter is fed to an indicator on which the value of the measured depth is displayed.

Описанный прибор выполнен в виде портативной конструкции и работает от автономного источника питания - батарейки (см. журнал "Радио", 1988 г., N 10, с. 32-36). Данный эхолот, как наиболее близкий к предлагаемому, принят за прототип. The described device is made in the form of a portable design and operates from an autonomous power source - batteries (see the journal "Radio", 1988, N 10, p. 32-36). This echo sounder, as the closest to the proposed, adopted as a prototype.

Основной недостаток такого эхолота - низкая помехоустойчивость. При измерении малых глубин реверберационная помеха (паразитные переотражения ультразвукового импульса на всем пути его прохождения в водной среде) в данном эхолоте может привести к существенной ошибке измерения глубины. Кроме того, отраженный от дна сигнал может быть ослаблен из-за физических характеристик дна (наличие ила и т.п.), качки плавсредства или из-за отклонения диаграммы направленности при волнах, что может привести к его пропуску и, как следствие, к значительной ошибке измерения глубины. Другим источником помех для точного измерения глубины являются различные плавающие объекты (пузырьки воздуха, рыбы и т.п.). Отраженный от них сигнал может быть принят как сигнал от дна и привести к сбою показаний прибора. Кроме того, необходимо отметить, что в описанном эхолоте интервал времени между измерениями достаточно велик (составляет 10 с), что существенно снижает точность измерения, особенно при измерениях с движущейся лодки. The main disadvantage of such an echo sounder is its low noise immunity. When measuring small depths, the reverberation noise (spurious re-reflections of the ultrasonic pulse along the entire path of its passage in the aquatic environment) in this echo sounder can lead to a significant error in measuring the depth. In addition, the signal reflected from the bottom can be attenuated due to the physical characteristics of the bottom (the presence of silt, etc.), rolling of the craft or due to deviation of the radiation pattern during waves, which can lead to skipping and, as a consequence, to significant error in measuring depth. Another source of interference for accurate depth measurement is various floating objects (air bubbles, fish, etc.). The signal reflected from them can be accepted as a signal from the bottom and lead to a malfunction of the instrument. In addition, it should be noted that in the described echo sounder the time interval between measurements is quite large (10 s), which significantly reduces the measurement accuracy, especially when measuring from a moving boat.

Настоящее изобретение решает задачу повышения помехоустойчивости и соответственно точности портативного эхолота в различных условиях эксплуатации. The present invention solves the problem of improving noise immunity and, accordingly, the accuracy of a portable echo sounder in various operating conditions.

Для решения этой задачи в известный эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к генератору радиоимпульсов и первому входу усилителя, причем второй выход синхронизирующего устройства подключен к второму входу устройства измерения временных интервалов, введен блок временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), первый вход которого соединен со вторым выходом синхронизирующего устройства, второй вход - со вторым выходом устройства измерения временных интервалов, а выход - со вторым входом усилителя. To solve this problem, into a known echo sounder containing a synchronization device, a radio pulse generator, an amplifier, a detector, a threshold device, a time interval measuring device and an indication unit, as well as a piezo vibrator connected to a radio pulse generator and the first input of the amplifier, the second output of the synchronizing device connected to the second input of the device for measuring time intervals, a block of temporary automatic gain control (VARU), the first input of which connected to the second output of the synchronizing device, the second input - to the second output slot measurement device, and an output - to a second input of the amplifier.

Для дальнейшего повышения помехоустойчивости за счет устранения помехи, связанной с возможным пропуском эхосигнала, в устройство измерения временных интервалов, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C, устройство совпадения и счетчик, а также генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу устройства совпадения, дополнительно введен блок устранения ошибки из-за пропуска эхо-сигнала (БУО), включенный между формирователем импульсов длительностью 2H/C и устройством совпадения, так, что первый вход БУО соединен с выходом формирователя импульсов длительностью 2H/C, второй вход - со вторым входом формирователя импульса длительностью 2H/C, а выход - с первым входом устройства совпадения. To further increase the noise immunity by eliminating the interference associated with the possible skipping of the echo signal into a time interval measuring device containing a 2H / C pulse shaper in series, a coincidence device and a counter, and also a clock generator connected to the second input of the matching device, additionally a block has been introduced to eliminate an error due to an echo-signal skip (BWO), included between a 2H / C pulse shaper and a coincidence device, so that the first input of the control unit is connected to the output of the pulse former 2H / C, the second input to the second input of the pulse former 2H / C, and the output to the first input of the matching device.

Для обеспечения возможности автономной эксплуатации пьезовибратор выполнен в виде поплавка со смещенным по вертикали центром тяжести так, что поплавок, попав в воду произвольным образом, всегда установится так, чтобы зондирующий сигнал был направлен ко дну водоема. To enable autonomous operation, the piezoelectric vibrator is made in the form of a float with a vertically displaced center of gravity so that the float, having entered the water arbitrarily, is always set so that the probe signal is directed to the bottom of the reservoir.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого эхолота, на фиг.2 - временная диаграммы его работы, на фиг.3 - блок-схема устройства измерения временных интервалов, на фиг.4 - функциональная схема ВАРУ, на фиг.5 - временная диаграмма его работы, на фиг.6 - функциональная схема блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала, на фиг.7 - временная диаграмма его работы. The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 is a block diagram of a proposed echo sounder, in Fig. 2 is a timing diagram of its operation, in Fig. 3 is a block diagram of a device for measuring time intervals, in Fig. 4 is a functional diagram of a VARU, in Fig. .5 is a timing diagram of its operation, FIG. 6 is a functional diagram of a unit for eliminating an error due to a missing echo, and FIG. 7 is a timing diagram of its operation.

Предлагаемый эхолот содержит последовательно соединенные синхронизирующее устройство 1, генератор радиоимпульсов 2, усилитель 3, детектор 4, пороговое устройство 5, устройство измерения временных интервалов 6 и блок индикации 7, а также пьезовибратор 8, подключенный к выходу генератора радиоимпульсов 2 и к первому входу усилителя 3, и блок ВАРУ 9, первый вход которого соединен с вторым выходом синхронизирующего устройства 1, второй вход - с вторым выходом устройства измерения временных интервалов 6, а выход - с вторым входом усилителя 3. Второй вход устройства измерения временных интервалов 6 подключен ко второму входу синхронизирующего устройства 1. The proposed echo sounder contains a serially connected synchronizing device 1, a radio pulse generator 2, an amplifier 3, a detector 4, a threshold device 5, a time interval measuring device 6 and an indication unit 7, as well as a piezo vibrator 8 connected to the output of the radio pulse generator 2 and to the first input of the amplifier 3 , and the VARU unit 9, the first input of which is connected to the second output of the synchronizing device 1, the second input to the second output of the time interval measurement device 6, and the output to the second input of the amplifier 3. The second od timeslots measuring device 6 is connected to the second input of the synchronizing device 1.

Для обеспечения повышенной помехоустойчивости эхолота устройство измерения временных интервалов 6 (фиг.3.) содержит последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C 10, блок устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11, устройство совпадения 12 и счетчик 13, а также генератор тактовых импульсов 14, выход которого подключен к второму входу устройства совпадения 12, причем второй вход формирователя импульсов длительностью 2H/C 10 соединен с вторым входом блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11. To ensure increased noise immunity of the echo sounder, the time interval measuring device 6 (Fig. 3) contains a 2H / C 10 pulse shaper connected in series, an error elimination block due to the echo signal 11 missing, a matching device 12 and a counter 13, and a clock generator 14 the output of which is connected to the second input of the matching device 12, and the second input of the pulse former of 2H / C 10 duration is connected to the second input of the error elimination unit due to the skipping of the echo signal 11.

Предлагаемый эхолот работает следующим образом. The proposed echo sounder works as follows.

Электрические импульсы синхронизирующего устройства 1 периодически, начиная с момента t₁ (фиг.2.), возбуждают генератор радиоимпульсов 2, который вырабатывает электрические сигналы, возбуждающие в пьезовибраторе 8 механические колебания, которые передаются в виде зондирующих импульсов с постоянной скоростью в направлении дна водоема. Период повторения зондирующих импульсов равен 2H_max/C, где H_max - максимальная измеряемая глубина. Часть энергии зондирующего импульса, отраженного от дна, возвращается обратно к пьезовибратору с задержкой t₅-t₁, равной отношению двойной глубины к скорости распространения ультразвука в воде. Отраженный от дна ультразвуковой импульс преобразуется пьезовибратором 8 в электрический радиоимпульс (эхосигнал), который после усиления усилителем 3, детектирования детектором 4 и формирования пороговым устройством 5 поступает на первый вход формирователя импульсов 10 устройства измерения временных интервалов 6. Передним фронтом стробирующего импульса, поступающего с второго выхода синхронизирующего устройства 1, формирователь 10 предварительно установлен в исходное положение.The electrical pulses of the synchronizing device 1 periodically, starting from the moment t ₁ (Fig. 2), excite the radio pulse generator 2, which generates electrical signals that excite mechanical vibrations in the piezoelectric vibrator 8, which are transmitted in the form of probe pulses with a constant speed in the direction of the bottom of the reservoir. The probe pulse repetition period is 2H _max / C, where H _max is the maximum measured depth. Part of the energy of the probe pulse reflected from the bottom returns back to the piezoelectric vibrator with a delay t ₅ -t ₁ equal to the ratio of double depth to the speed of propagation of ultrasound in water. The ultrasonic pulse reflected from the bottom is converted by a piezo-vibrator 8 into an electric radio pulse (echo signal), which, after amplification by an amplifier 3, detected by a detector 4 and generated by a threshold device 5, is fed to the first input of the pulse shaper 10 of the time interval measuring device 6. The leading edge of the strobe pulse coming from the second the output of the synchronizing device 1, the shaper 10 is pre-set to its original position.

При поступлении эхосигнала формирователь 10 переходит в другое состояние, в результате чего на его выходе образуется импульсный сигнал, длительность t_и которого равна времени прохождения зондирующего сигнала от поверхности до дна водоема, т.е. t_и (диаграмма "д", фиг.2.).At receipt of the echo signal generator 10 changes to another state, whereby at its output a pulse signal is formed, _and the duration t which is equal to the transit time of the probing signal from the surface to the water bottom, i.e., t _and (diagram "d", figure 2.).

Их схемы блока ВАРУ 9 (фиг.4) и временной диаграммы его работы (фиг.5) видно, что во время действия стробирующего импульса (t₁-t₄), поступающего со второго выхода синхронизирующего устройства 1, ключ К₁, К₂, К₃ замкнуты. При этом вход усилителя 3 шунтирован и сигнал на его выходе отсутствует. На конденсаторе C₂ установлено начальное напряжение, определяемое соотношением резисторов R₂, R₃, R₄. С окончанием стробирующего импульса, начиная с t₄, ключи К₁, К₂ выключаются. С этого момента конденсатор C₁ заряжается через резистор R₁. Выходное напряжение ВАРУ 9 с R₁, C₁ поступает на второй вход усилителя 3, управляя его коэффициентом усиления так, что коэффициент усиления возрастает с возрастанием измеряемой глубины, компенсируя ослабление эхосигнала. Поступающий эхосигнал через формирователь импульсов 10 устройства измерения временных интервалов 6 выключает ключ К₃. Постоянная времени цепи R₄, C₂ выбрана таким образом, чтобы напряжение на C₂ и тем самым начальный уровень ВАРУ 9 U_нy изменялось обратно пропорционально отношению длительности импульса на выходе формирователя 10 к периоду его повторения и тем самым измеряемой глубине. При этом характеристика ВАРУ 9 смещается, причем большей глубине (H₂) соответствует меньший начальный уровень U_нy (фиг.5). В результате коэффициент усиления усилителя 3 для эхосигнала, соответствующего глубинам, меньшим измеряемой, заметно падает и эхосигналы от различных плавающих объектов ослабляются и не проходят через пороговое устройство 5, что существенно повышает помехоустойчивость эхолота.Their circuit block VARU 9 (figure 4) and the timing diagram of its operation (figure 5) shows that during the action of the gate pulse (t ₁ -t ₄ ) coming from the second output of the synchronizing device 1, the key K ₁ , K ₂ , K _{3 are} closed. In this case, the input of amplifier 3 is shunted and there is no signal at its output. The capacitor C _{2 has} an initial voltage determined by the ratio of resistors R ₂ , R ₃ , R ₄ . With the end of the gating pulse, starting from t ₄ , the keys K ₁ , K _{2 are} turned off. From this moment, the capacitor C ₁ is charged through the resistor R ₁ . The output voltage of the VARU 9 with R ₁ , C _{1 is} supplied to the second input of the amplifier 3, controlling its gain so that the gain increases with increasing measured depth, compensating for the attenuation of the echo signal. The incoming echo signal through the pulse shaper 10 of the device for measuring time intervals 6 turns off the key K ₃ . The time constant of the circuit R ₄ , C _{2 is} selected so that the voltage at C ₂ and thereby the initial level of the VARU 9 U _нy changes inversely with the ratio of the pulse duration at the output of the former 10 to the period of its repetition and thereby the measured depth. In this case, the characteristic of the VARU 9 is shifted, with a greater depth (H ₂ ) corresponding to a lower initial level U _нy ( _figure 5). As a result, the gain of the amplifier 3 for the echo signal corresponding to depths smaller than the measured one drops noticeably and the echo signals from various floating objects are attenuated and do not pass through the threshold device 5, which significantly increases the noise immunity of the echo sounder.

Выходной сигнал порогового устройства 5 поступает на первый вход устройства измерения временных интервалов 6, где с помощью формирователя 10 вырабатывается импульс длительностью 2H/C, который вместе с импульсным сигналом генератора тактовых импульсов 14 поступает на вход устройства совпадения 12. Генератор тактовых импульсов 14 вырабатывает импульсную последовательность, частота которой равна отношению скорости распространения звука в воде к двойной минимальной разрешаемой глубине. Так, при минимальной разрешаемой глубине 1 см и скорости распространения ультразвука в воде 1500 м/с частоты генератора 14 равна 75 кГц, а промежуток времени t₁-t₂ (фиг.2) равен 13,3 мкм.The output signal of the threshold device 5 is fed to the first input of the time interval measuring device 6, where, using a shaper 10, a pulse of 2H / C duration is generated, which, together with the pulse signal of the clock generator 14, is fed to the input of the matching device 12. The clock generator 14 generates a pulse sequence whose frequency is equal to the ratio of the speed of sound propagation in water to the double minimum resolvable depth. So, with a minimum resolved depth of 1 cm and a speed of propagation of ultrasound in water of 1500 m / s, the frequency of the generator 14 is 75 kHz, and the time interval t ₁ -t ₂ (figure 2) is 13.3 μm.

На выходе электрического устройства совпадения 12 формируются пачки импульсов с частотой заполнения, равной частоте тактового генератора (диаграмма "е", фиг. 2) и длительностью пачки, равной длительности импульса на выходе формирователя 10. Количество импульсов в пачке равно глубине водоема в сантиметрах. Счетчик 13 осуществляет накопление этих импульсов сигналов за определенное время, получая в результате число, равное значению измеряемой глубины. At the output of the electrical coincidence device 12, pulse packets are formed with a filling frequency equal to the clock frequency (diagram "e", Fig. 2) and a pulse duration equal to the pulse duration at the output of the shaper 10. The number of pulses in the packet is equal to the depth of the reservoir in centimeters. The counter 13 accumulates these signal pulses for a certain time, resulting in a number equal to the value of the measured depth.

Период повторения зондирующих импульсов в предлагаемом эхолоте (40 мс) существенно меньше, чем в прототипе (10 с). Это позволяет для повышения точности измерений глубины осуществить в счетчике вычисление значения глубины по "n" замерам, которое в виде двоично-десятичного кода поступает на вход блока индикации 7. Это позволяет существенно уменьшить влияние случайных ошибочных замеров, в том числе реверберационной помехи, на результат измерения и тем самым повысить точность эхолота. The repetition period of the probe pulses in the proposed echo sounder (40 ms) is significantly less than in the prototype (10 s). This makes it possible to increase the accuracy of depth measurements in the counter by calculating the depth value from "n" measurements, which is supplied as a binary-decimal code to the input of display unit 7. This can significantly reduce the effect of random erroneous measurements, including reverberation interference, on the result measurement and thereby increase the accuracy of the echo sounder.

Блок цифровой индикации 7, на который поступает код со счетчика 13, отображает значения глубины в десятичной системе исчисления. The digital display unit 7, which receives the code from the counter 13, displays the depth values in the decimal system.

Таким образом, введение ВАРУ и его соединение с синхронизирующим устройством, усилителем и формирователем импульсов длительностью 2H/C позволяет обеспечить значительное повышение помехоустойчивости эхолота за счет:
- надежного обнаружения эхосигналов на всех измеряемых глубинах выбором характеристики ВАРУ и зависимости пороговой чувствительности от глубины;
- возможности уменьшения периода повторения зондирующих импульсов и перехода от измерений мгновенных значений глубины к ее среднему значению за определенное время;
- надежность подавления эхосигналов от посторонних плавающих объектов, расположенных на глубинах, меньших измеряемой.Thus, the introduction of VARU and its connection with a synchronizing device, amplifier and pulse shaper of 2H / C duration allows to significantly increase the noise immunity of the echo sounder due to:
- reliable detection of echo signals at all measured depths by selecting the characteristics of the VARU and the dependence of the threshold sensitivity on depth;
- the possibility of reducing the repetition period of the probe pulses and the transition from measuring instantaneous depth values to its average value for a certain time;
- reliability of suppression of echo signals from extraneous floating objects located at depths less than measured.

Необходимо отметить, что использование ВАРУ в эхолотах известно (см., например, а. с. СССР N 441537, G 01 S 11/14, БИ N 32, 1974 г.; а.с. СССР N 284869, G 01 S 15/00, БИ N9, 1990 г.). It should be noted that the use of ASGS in echo sounders is known (see, for example, A.S. USSR N 441537, G 01 S 11/14, BI N 32, 1974; AS USSR N 284869, G 01 S 15 / 00, BI N9, 1990).

Однако в первом из упомянутых устройств сигнал на вход блока ВАРУ поступает от генератора тактовых импульсов и непосредственно от пьезовибратора-приемника. ВАРУ принимает отраженный эхосигнал и снижает коэффициент усиления усилителя в начале периода повторения зондирующих импульсов, в результате чего уменьшается протяженность "мертвой" зоны, но помехи, связанные с отражением от случайных плавающих объектов не устраняются. В эхолоте по а.с. N 284869 коэффициент усиления усилителя возрастает с увеличением глубины, но не обеспечивается помехоустойчивость, связанная с наличием на глубинах, меньших измеряемой посторонних плавающих объектов. However, in the first of the mentioned devices, the signal to the input of the VARU unit comes from the clock generator and directly from the piezo-vibrator receiver. The VARU receives the reflected echo and reduces the gain of the amplifier at the beginning of the repetition period of the probe pulses, as a result of which the length of the "dead" zone is reduced, but the interference associated with reflection from random floating objects is not eliminated. In the echo sounder by A.S. N 284869 the gain of the amplifier increases with increasing depth, but the noise immunity associated with the presence at depths less than the measured foreign floating objects is not provided.

Помехоустойчивость предлагаемого эхолота существенно повышается при введении в устройство измерения временных интервалов 6 блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11, который теперь управляет счетом тактовых импульсов, пропуская импульсы тактового генератора в течение длительности импульса, пропорциональной измеряемой глубине. The noise immunity of the proposed echo sounder increases significantly when the time elimination unit 6 is introduced into the error elimination unit due to the omission of the echo signal 11, which now controls the clock pulse count, passing the clock pulses during the pulse duration proportional to the measured depth.

Как видно из фиг.6 и 7 сигнал с выхода формирователя импульсов 2H/C 10, изображенного на схеме в виде R - S - триггера, поступает на формирователь F₁ копии основного сигнала с выхода порогового устройства 5. Сигналы с выхода формирователя F₁ (диаграмма "г", фиг.7) и с выхода схемы задержки C3 (диаграмма "к", фиг. 7) управляет работой R-S-триггера Т₁ (диаграмма "л", фиг. 7), который, в свою очередь, управляет работой D-триггера Т₂ таким образом, что на его выходе образуется сигнал, изображенный на диаграмме "и" фиг. 7. При отсутствии пропусков эхосигнала этот сигнал повторяет выходной сигнал формирователя импульсов длительностью 2H/C 10, задержанный на период зондирующих импульсов. В случае пропуска эхосигналов (моменты, отмеченные знаком (*) на фиг. 7) с выхода D-триггера Т₂ на устройство совпадения 12 поступает сигнал, уровень которого запрещает передачу на выход устройства 12 и на счетчик 13 импульсов генератора тактовых импульсов 14. При этом в случае пропуска эхосигнала тактовые импульсы в счетчик не поступают и счетным устройством не регистрируются. Это исключает погрешность, связанную с пропуском эхосигнала, которая может быть весьма значительной даже при усреднении результатов замеров. Например, при измерении глубины 2 м в случае пропуска эхосигнала будет получен результат замера, равный максимальной измеряемой глубине (например, 40 м), а при усреднении результатов измерений даже по 16-ти замерам будет получен результат 4,37 м, что соответствует ошибке 118%.As can be seen from Fig.6 and 7, the signal from the output of the pulse shaper 2H / C 10, shown in the diagram as an R - S trigger, goes to the shaper F _{1 of the} copy of the main signal from the output of the threshold device 5. The signals from the output of the shaper F ₁ ( diagram "g", Fig. 7) and from the output of the delay circuit C3 (diagram "k", Fig. 7) controls the operation of the RS-trigger T ₁ (diagram "l", Fig. 7), which, in turn, controls the operation of the D-flip-flop T ₂ in such a way that the signal shown in the diagram "and" of FIG. 7. If there are no gaps in the echo signal, this signal repeats the output signal of the pulse shaper with a duration of 2H / C 10, delayed by the period of the probe pulses. In the case of skipping echoes (the moments marked with a sign (*) in Fig. 7), a signal is received from the output of the D-flip-flop T ₂ to the coincidence device 12, the level of which prevents transmission to the output of the device 12 and to the counter 13 of the pulses of the clock 14. In this case, if the echo is skipped, clock pulses do not enter the counter and are not registered by the counting device. This eliminates the error associated with skipping the echo signal, which can be very significant even when averaging the measurement results. For example, when measuring a depth of 2 m in the case of an echo missed, a measurement result equal to the maximum measured depth (for example, 40 m) will be obtained, and when averaging the measurement results even over 16 measurements, a result of 4.37 m will be obtained, which corresponds to error 118 %

Такой блок устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала впервые применен в устройстве измерения временных интервалов эхолота с цифровой системой отсчета. Such an error elimination unit due to an echo missed signal is first used in a device for measuring time intervals of an echo sounder with a digital reference system.

Были изготовлены опытные образцы предлагаемого эхолота, которые успешно прошли натурные испытания как в летних условиях, так и зимой при измерении глубин через лунку при толщине льда до 60 см и при измеряемых глубинах от 20 см до 22 м. Prototypes of the proposed echo sounder were made, which successfully passed field tests both in summer conditions and in winter when measuring depths through a hole with ice thickness up to 60 cm and with measured depths from 20 cm to 22 m.

Конструктивно эхолот состоит из двух частей: электронного блока с размерами 60х135х25 мм и пьезовибратора из керамики ЦТС-19 в герметичном корпусе ⌀ 60 мм и высотой 25 мм с кабелем длиной около 1 м. Structurally, the echo sounder consists of two parts: an electronic unit with dimensions 60x135x25 mm and a piezo-vibrator made of ceramics TsTS-19 in a sealed case ⌀ 60 mm and a height of 25 mm with a cable about 1 m long.

Блоки 1, частично 2 и 6 выполнены в виде одной программируемой микросхемы типа Р1С 16С 54А. Усилитель мощности генератора радиоимпульсов выполнялся по схеме на составном транзисторном ключе (КТ 315Г и КТ 805А) и согласующем трансформаторе. Усилитель 3 и детектор 4 выполнялись на микросхеме типа К157ХА2. В схеме блока ВАРУ ( в качестве ключей К₁, К₂, К₃ использовались транзисторы КТ315. Пороговое устройство 5 выполнялось по схеме компаратора с регулируемым порогом срабатывания на основе микромощного операционного усилителя типа К140УД12, обеспечивающего высокую стабильность и точность установки порога срабатывания, который может быть выбран оптимальным для получения заданной помехоустойчивости. Блок индикации 7 выполнялся на четырехразрядном жидкокристаллическом табло типа ИЖЦ-21-417. Табло показывает значения глубины в метрах с разрешением 1 см.Blocks 1, partially 2 and 6 are made in the form of one programmable microcircuit type Р1С 16С 54А. The power amplifier of the radio pulse generator was performed according to the scheme on a composite transistor key (KT 315G and KT 805A) and a matching transformer. Amplifier 3 and detector 4 were performed on a type K157XA2 chip. In the circuit of the VARU block (KT315 transistors were used as keys K ₁ , K ₂ , K _{3. The} threshold device 5 was made according to the comparator circuit with an adjustable response threshold based on a micropower operational amplifier of the K140UD12 type, providing high stability and accuracy of setting the response threshold, which can be optimal for obtaining the given noise immunity Indication unit 7 was performed on a four-digit liquid crystal display panel of the type IZhTs-21-417.The display panel displays depth values in meters with resolution m 1 cm.

Эхолот питается от батареи типа "Крона" или такой же по размерам аккумуляторной батареи, которая обеспечивает непрерывную работу эхолота без подзаряда в течение 6-ти часов. The echo sounder is powered by a “Krona” type battery or a battery of the same size that provides continuous operation of the echo sounder without recharging for 6 hours.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет создать портативный эхолот, простой и удобный в эксплуатации, обладающий высокой помехоустойчивостью и точностью измерений. Thus, the proposed design allows you to create a portable echo sounder, simple and easy to use, with high noise immunity and measurement accuracy.

Claims

1. An echo sounder containing a serially connected synchronizing device, a radio pulse generator, an amplifier, a detector, a threshold device, a time interval measuring device and an indication unit, as well as a piezo vibrator connected to the output of the radio pulse generator and the first input of the amplifier, the second output of the synchronizing device being connected to the second the input of the device for measuring time intervals, characterized in that a temporary automatic gain control unit is introduced into it, the first input of which is Inonii with strobe pulse forming the second output of the synchronizing device, a second input that provides the initial installation level, - a second output time slot measurement device, and an output - to a second input of the amplifier.

2. The echo sounder according to claim 1, characterized in that the time interval measuring device comprises a pulse shaper 2 N / C in duration, where H is the measured depth, C is the speed of ultrasound propagation in water, the unit for eliminating errors due to the omission of the echo signal, a coincidence device and a counter, as well as a clock pulse generator, the output of which is connected to the second input of the coincidence device, the second input of a pulse shaper of 2H / C duration connected to the second input of the error elimination unit due to echo lowering.

3. The echo sounder according to claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric vibrator is made in the form of a float with a center of gravity displaced along the vertical axis.