CS265493B1 - Ultrazvukový dálkomér - Google Patents

Abstract

Je řešen dálkoměr s vysokým dynamickým rozsahem. Jeho generátor budicích impulsů se skládá z generátoru videoimpulsů a generátoru radioimpulsů. Na elektroakustický měnič je připojen komutátor spojený prvním vstupem s výstupem generátoru videoimpulsů, druhým vstupem s výstupem generátoru radioimpulsů a výstupem přes přijímač a komparátor s druhým vstupem obvodu logického součtu, s druhým vstupem měřiče časových intervalů majícím třetí vstup spojen s kompenzačním synchronizačním obvodem a přes zpoždovací obvod se vstupem generátoru taktovacích impulsů. Druhý výstup generátoru je připojen na čtvrtý vstup měřiče časových intervalů a první výstup na první vstup měřiče a na první vstupy hradel. Výstup prvního hradla je spojen se vstupem generátoru videoimpulsů a přes první vstup obvodu logického součtu se vstupem klopného obvodu. První výstup je spojen s druhým vstupem hradla a třetím vstupem komutátoru. Druhý výstup je spojen s druhým vstupem hradla, jehož výstup je připojen na vstup generátoru radioimpulsů a na čtvrtý vstup komparátoru.

Description

Vynález se týká ultrazvukového dálkoměru.

V současné době je znám ultrazvukový dálkoměr, který obsahuje přijímací a vysílací obvod, generátor vysílacích impulsů, zesilovač, klopný obvod, generátor pilového napětí, sumátor, prahovací obvod, dynamickou pamět, tvarovač Impulsů, klíčovací obvod a také dvouvstupový a třívstupový koincidenční obvod. Takové zařízení má, mimo značné složitosti obvodové, malý měřicí rozsah, tedy velké mrtvé pásmo. Dále je známo zařízení, které obsahuje kompenzační synchronizační obvod, což je v podstatě volně kmitající oscilátor, jehož zpětná vazba je uzavřena přes vyšetřované prostředí a při změně rychlosti šíření zvuku se mění kmitočet jeho výstupního signálu, čímž se stává konečný údaj o měřené vzdálenosti nezávislý na rychlosti šířeni zvuku v prostředí. Dále toto zařízeni obsahuje tvarovač strobovaoích impulzů a měřicí a synchronizační obvod s generátorem budicích impulsů, akustickým měničem, přijímačem a obvodem blokování. Dále obsahuje obvod děleni frekvence, ve kterém je obvod indikace poruch. Toto zařízeni má nevýhody při měření malých vzdáleností, nebot obvod indikace poruch omezuje maximální frekvenci synchronizačních impulzů. Zatím nejlepších vlastností je dosaženo v zařízení, které obsahuje synchronizační obvod s generátorem budicích impulsů, akustickým měničem, přijímačem, obvodem blokování a součtovým obvodem, tvarovací obvod, měřič časových intervalů, který je spojen s kompenzačním synchronizačním obvodem, dělič frekvence a generátor taktovaoích impulzů. Nedostatkem tohoto zapojení však je, že nedovoluje měřit vzdálenost v širokém rozsahu od několika desítek metrů do několika centimetrů.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje ultrazvukový dálkoměr podle vynálezu. Tento ultrazvukový dálkoměr sestává z generátoru budicích impulsů, elektroakustického měniče, přijímače měniče časových intervalů, spojeného s kompenzačním synchronizačním obvodem, generátoru taktovacích inpulsů a obvodu logického součtu. Podstatou vynálezu je, že generátor budicích impulsů se skládá z generátoru videoimpulsů a generátoru radioimpulsů a stávající bloky jsou doplněny sériově spojeným, klopným obvodem s komutátorem dále pak prvním a druhým hradlem, komparátorem a zpožáovacím obvodem. Na elektroakustický měnič je připojen komutátor, jehož první vstup je spojen s výstupem generátoru vidoeimupulsů. Druhý jeho vstup je spojen s výstupem generátoru radioimupulsů. Výstup komutátoru je přes přijímač a komparátor spojen jednak s druhým vstupem obvodu logického součtu, jednak s druhým vstupem měřiče časových intervalů, na jehož třetí vstup je napojen kompenzační synchronizační obvod a jednak přes zpoždovací obvod se vstupem generátoru taktovaoích impulsů. Druhý výstup' generátoru taktovaoích impulsů je připojen na čtvrtý vstup měřiče časových intervalů a první výstup je spojen jednak s prvním vstupem měřiče časových intervalů a jednak s prvními vstupy prvního a druhého hradla. Výstup prvního hradla je spojen se vstupem generátoru videoimpulsů a přes první vstup obvodu logického součtu se vstupem klopného obvodu. První výstup klopného obvodu je spojen s druhým vstupem prvního hradla a zároveň se- třetím vstupem komutátoru.

Druhý výstup klopného obvodu je spojen s druhým vstupem druhého hradla, jehož výstup je připojen na vstup generátoru radioimpulsů a zároveň na čtvrtý vstup komparátoru.

Výhodou tohoto dálkoměru je, že pro dosaženi vysokého dynamického rozsahu využívá vysílání dvou druhů impulsů, dlouhých radioimpulsů pro velké vzdálenosti a krátkých videoimpulsů pro měření malých vzdáleností. Vhodným střídáním těchto dvou režimů je dosaženo měřicího rozsahu od několika cm až do několika desítek metrů.

Příklad zapojení ultrazvukového dálkoměru podle vynálezu je blokově uveden na přiloženém výkrese na obr. 1. Na obr. 2 je časový diagram funkce zařízení.

Generátor 2 budících impulsů je tvořen generátorem 2 videoimpulsů a generátorem 2 radioimpulsů, jejichž výstupy jsou připojeny na první a druhý vstup 41, 42 komutátoru 2» na nějž je napojen elektroakustický měnič 2· Výstup komutátoru 2 j® přes přijímač 2 spojen se vstupem komparátoru 10. Jeho výstup je spojen jednak s druhým vstupem 122 obvodu 12 logického součtu, jednak s druhým vstupem 152 měřiče 15 časových intervalů a jednak se vstupem zpožaovaciho obvodu 14. Na třetí vstup 153 měřiče 15 časových intervalů je připojen kompenzační synchronizační obvod 22· Výstup zpož3ovacího obvodu 14 je spojen s generátorem 11 taktovacích impulsů, jehož první výstup 111 je spojen s prvními vstupy 21, 81 prvního a druhého hradla 7 a 8 ^a s prvním 151 vstupem měřiče 15 časových intervalů, na jehož čtvrtý vstup 154 je připojen druhý výstup 112 generátoru 11 taktovacích impulsů. Výstup prvního hradla T_ je spojen se vstupem generátoru 2 videoimpulsů a zároveň s prvním vstupem 121 obvodu 12 logického součtu. Výstup obvodu 12 logického součtu je spojen se vstupem klopného obvodu 9. První výstup 22 klopného obvodu 2 í^e spojen s druhým vstupem 72 prvního hradla T_ a se třetím vstupem 43 komutátoru 2· Druhý výstup 92 klopného obvodu 2 j® spojen s druhým vstupem 82 druhého hradla 2« jehož výstup je napojen na generátor 2 radioimpulsů.

Po zapnutí začíná zařízení pracovat v režimu videoimpulsů, ve kterém setrvává až do doby, kdy se nepodaří zachytit odražený signál. Potom se přejde do režimu vysílání radioimpulsů Pokud je zachycen signál, přepíná se střídavě mezi režimem radioimpulsů a videoimpulsů za účelem zjištění, zda není možno přejít trvale do režimu videoimpulsů. Pokud však není zachycen odražený signál ani v režimu radioimpulsů, zůstává se trvale v tomto režimu. Pokud není zachycen odražený signál je blokován výstup dálkoměru, aby se zabránilo vydání chybné informace.

Podrobně lze činnost zařízení popsat takto. Při zapnutí zařízení v čase t_Q, viz obr. 2, je měřič 15 časových intervalů automaticky nastaven do nulového stavu. Kompenzační synchronizač ní obvod 13 je ve vybuzeném stavu a vydává signál, jehož frekvence je úměrná rychlosti šíření zvuku v prostředí. Klopný obvod 2 se nachází v jednom ze dvou svých stavů. Předpokládejme, že log. 1 je na jeho prvním výstupu 22' průběh b/ na obr. 2. To způsobí otevření prvního hradla J_ a tím se připojí k elektroakustickému měniči 2 pomocí komutátoru 4 výstup generátoru 2 videoimpulsů. V čase t^ se na výstupu generátoru 11 taktovacích impulsů objeví krátký negativní impuls, obr. 2 a”, který nastavuje nulový stav měřiče 15 časových intervalů. Tento impuls se objevuje pouze tehdy, není-li zachycen odražený signál a generátor 11 taktovacích impulsů pracuje v autonomním režimu. Je-li zachycen odražený signál, je generátor 11 taktovacích impulsů tímto signálem zasynchronizován a impuls z obr. 2a' se neobjevuje. V autonomním režimu se generují dva signály - negativní - druhý výstup 112 generátoru 11 taktovacích impulsů a pozitivní - na jeho prvním výstupu 111, obr. 2a a 2a', které následují krátce po sobě. Perioda jejich opakování T, viz průběh na obr. 2a, je dána maximální dobou průchodu ultrazvukového impulsu. V zasynchronizovaném režimu se generuje pouze signál na prvním výstupu 111. V čase t^ je na prvním výstupu 111 generátoru taktovacích impulsů 11 krátký impuls, který spouští měřič časových intervalů 15 (obr. 2j) a přes první hradlo T_ generátor 2 videoimpulsů. Současně je signál z výstupu prvního hradla ]_ převeden přes obvod 12 logického součtu do klopného obvodu 2 ^a nastavuje log. 1 na jeho druhém výstupu 92 (obr. 2b). Tím se otevírá druhé hradlo 2 ^a první hradlo T_ se zablokovává. Na výstupu generátoru 2 videoimpulsů se objevuje videoimpuls (obr. 2d), který přes komutátor 2 vybudí elektroakustický měnič 2' například piezoelektrický. Po vyslání akustického impulsu zůstává komutátor 2 přepnutý do režimu videoimpulsů, protože jeho stav se mění pouze při log 1 na jeho druhém řídicím vstupu 42. Jestliže během času T nepřijde odražený impuls, objeví se na výstupu z generátoru 11 taktovacích impulsů negativní impuls, kterým se zablokuje měřič 15 časových intervalů (obr. 2j) a nevydává informaci. Po tomto impulsu se objevuje na druhém výstupu 112 generátoru 11 takových impulsů impuls (obr. 2a), který znovu nastaví měřič 15 časových intervalů do stavu 0 a přes druhé hradlo 2 spustí generátor 2 radioimpulsů a komutátoru 2 nastaví do režimu vysílání a příjmu radioimpulsů. V tomto režimu postupuje vybuzený radioimpuls na elektroakustický měnič 2' který vyšle ultrazvukový radioimpuls (obr. 2e). Signál odražený od překážky se přijímá tímtéž elektroakustickým měničem 2 ^a postupuje přes komutátor 2 do přijímače 6 (obr. 2f). Odtud zesílený signál postupuje na komparátor 22' který vygeneruje na výstupu impuls pouze v okamžiku prvního převýšení referenční úrovně U_Q (obr. 2h). Tento impuls pak přes obvod 12 logického součtu překlopí klopný obvod 2· To způsobí log. 1 na jeho prvním výstupu 21 (obr. 2b) a tím se odblokuje první hradlo T_ a přepne se komutátor 2 do režimu videoimpulsů. Druhé hradlo 2 se zablokuje. Impuls z komparátoru 10 dále uzavírá měřič 15 časových intervalů (obr. 2j) a přes obvod 14 zpožděni synchronizuje generátor 11 taktovacích impulsů. Časové zpoždění je nutné pro ustálení režimu dálkoměru. Generátor 11 taktových impulsů přejde z autonomního do synchronizovaného režimu a vygeneruje na svém druhém výstupu 112 opět impuls (obr. 2a), který znovu spustí měřič 15 časových intervalů (obr. 2j) a dovolí vydat naměřenou informaci o vzdálenosti. Dále přes první hradlo 7_ vybudí videoimpuls a přes obvod 12 součtu překlopí klopný obvod £ do stavu pro vysílání radioimpulsú (log. 1 na výstupu 2 viz obr. 2c). Tím se zavře první hradlo £ a otevře druhé hradlo £, avšak komutátor £ setrvává v původním stavu vysílání a příjmu videoimpulsů. Po příjmu odraženého signálu (obr. 2f), který mimo jiné znamená, že vzdálenost je tak malá nebo odrazná plocha tak velká, že můžeme přejít do režimu videoimpulsů, je tento signál zpracován komparátorem 10 (obr. 2g). Jeho výstupní signál způsobí překlopení klopného obvodu £ zpět do režimu videoimpulsů a zastaví měřič 15 časových intervalů. Dále se po zpoždění ve zpoždovacím obvodu 14 vygeneruje přes první hradlo £, generátor £ videoimpulsů a komutátor £ další videoimpuls a celý cyklus se opakuje až do doby, kdy nepřijde odražený videosignál. V tomto režimu zůstává dokud není zachycen odražený signál, poté přechází do režimu střídání video a rádio impulsů. Je-li zachycen odražený videoimpuls přechází se trvale do režimu vysílání videoimpulsů až,do doby, kdy opět není zachycen odražený videoimpuls.

Claims (1)

1. Ultrazvukový dálkoměr, který sestává z generátoru budících impulsů, elektroakustického měniče, přijímače, měřiče časových intervalů spojeného s kompenzačním synchronizačním obvodem, generátoru taktovacíoh impulsů a obvodu logického součtu, vyznačující se tím, že generátor (1) budících impulsů se skládá z generátoru (2) videoimpulsů a z generátoru (3) radioimpulsú a stávající bloky jsou doplněny sériově spojeným klopným obvodem (9) s komutátorem (4), prvním a druhým hradlem (7, 8), komparátorem (10) a zpoždovacím obvodem (14) tak, že na elektro akustický měnič (5) je připojen komutátor (4), jehož první vstup (41) je spojen s výstupem generátoru (2) videoimpulsů, druhý vstup (42) je spojen s výstupem generátoru (3) radioimpulsú, výstup komutátoru (4) je přes přijímač (6) a komparátor (10) spojen jednak s druhým vstupem (122) obvodu (12) logického součtu, jednak s druhým vstupem (152) měřiče (15) časových intervalů, na jehož třetí vstup (153) je napojen kompenzační synchronizační obvod (13) a jednak přes zpoždovací obvod (14) se vstupem generátoru (11) taktovaoich impulsů, jehož druhý výstup (112) je připojen na čtvrtý vstup (154) měřiče (15) časových intervalů a prvni výstup (111) je spojen jednak s prvním vstupem (151) měřiče (15) časových intervalů a jednak s prvními vstupy (71, 81) prvního a druhého hradla (7, 8), kde výstup prvního hradla (7) je spojen se vstupem generátoru (2) videoimpulsů a přes první vstup (121) obvodu (12) logického součtu se vstupem klopného obvodu (9), jehož první výstup (191) je spojen s druhým vstupem (72) prvního hradla (7) a zároveň se třetím vstupem (43) komutátoru (4) a druhý výstup (92) klopného obvodu (9) je spojen s druhým vstupem (82) druhého hradla (8), jehož výstup je připojen na vstup generátoru (3) radioimpulsú a zároveň na čtvrtý vstup (44) komparátoru (9).