RU118765U1 - PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT - Google Patents
PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU118765U1 RU118765U1 RU2012113237/28U RU2012113237U RU118765U1 RU 118765 U1 RU118765 U1 RU 118765U1 RU 2012113237/28 U RU2012113237/28 U RU 2012113237/28U RU 2012113237 U RU2012113237 U RU 2012113237U RU 118765 U1 RU118765 U1 RU 118765U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic signal
- acoustoelectric
- processing unit
- emitter
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
1. Измеритель координат излучателя импульсного акустического сигнала в среде, включающий указанный излучатель и акустоэлектрический преобразователь, отличающийся тем, что в него дополнительно введены акустоэлектрические преобразователи, блок обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, устройство связи, устройство трехмерной обработки данных, причем общее количество N акустоэлектрических преобразователей не меньше четырех, при этом выход каждого акустоэлектрического преобразователя соединен с одним из N входов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, выход которого взаимной связью соединен со входом устройства связи, соединенного выходом со входом устройства трехмерной обработки данных. ! 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что излучатель импульсного акустического сигнала представляет собой работающую пневмоударную машину. ! 3. Измеритель по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый из N каналов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала содержит соединенные взаимной связью приемопередающее устройство и устройство измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала, соединенное входом с одним из N входов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, при этом входы приемопередающих устройств соединены между собой взаимной беспроводной связью, работающей на заданной частоте, а выходами соединены между собой и с выходом блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала. 1. Coordinate meter of a pulsed acoustic signal emitter in a medium, including said emitter and an acoustoelectric transducer, characterized in that it additionally contains acoustoelectric transducers, a pulse acoustic signal delay time processing unit, a communication device, a three-dimensional data processing device, and the total number N of acoustoelectric there are at least four transducers, while the output of each acoustoelectric transducer is connected to one of the N inputs of the pulsed acoustic signal delay time processing unit, the output of which is interconnected to the input of the communication device connected by the output to the input of the three-dimensional data processing device. ! 2. The meter according to claim 1, characterized in that the emitter of the pulsed acoustic signal is a working pneumatic impact machine. ! 3. The meter according to claim 1 or 2, characterized in that each of the N channels of the processing unit for the delay times of the pulsed acoustic signal comprises a transceiver connected by mutual connection and a device for measuring the delay time of the pulsed acoustic signal connected by an input to one of the N inputs of the time processing unit delays of the pulsed acoustic signal, while the inputs of the transceiver devices are interconnected by mutual wireless communication operating at a given frequency, and the outputs are connected to each other and to the output of the processing unit for processing the delay times of the pulsed acoustic signal.
Description
Техническое решение относится к приборостроению, а именно к технике создания акустических навигационных систем, и может быть использовано, например, для определения трех координат работающей в грунте пневмоударной машины.The technical solution relates to instrumentation, and in particular to the technique of creating acoustic navigation systems, and can be used, for example, to determine the three coordinates of a pneumatic impact machine working in the ground.
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия по патенту РФ на изобретение №2353949, кл. G01S 15/08, опубл. 27.04.2009 г., включающая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), вторую донную навигационную базу из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М расположенных вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm гидроакустических излучателей, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами, размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm, M измерителей времени распространения акустических сигналов до маяка-ответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М-канального приемника, а вторые входы соединены со вторым выходом генератора синхроимпульсов, MxN блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций, второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый вход которого используется для синхронизации М синхронно-работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, приемная акустическая антенна для приема акустических сигналов маяков-пингеров, второй М-канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М-канального приемника, а вторые входы соединены с выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены со вторыми входами вычислителя координат объекта навигации. Приемная акустическая антенна выполнена направленной в вертикальной плоскости, причем максимум ее характеристик направленности соответствует критическому углу скольжения β=arccos(c12), M расположенных вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm гидроакустических излучателей выполнены направленными в вертикальной плоскости. Максимум характеристики направленности лежит в диапазоне углов скольжения согласно выявленным закономерностям, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния через скорость распространения придонной волны по установленной зависимости.Known sonar synchronous rangefinder long-range navigation system according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2353949, class. G01S 15/08, publ. 04/27/2009, including a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M), a second bottom navigation base of M hydroacoustic pinger beacons with different radiation frequencies F m (m = 1-M ) mechanically connected to the corresponding M beacon transponders containing M synchronously operating clock generators, M transmitters with different operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of clock generators M located near the seabed at a distance of no more than e wavelengths at the operating frequencies F m of hydroacoustic emitters, the inputs of which are connected to the outputs of the transmitters with the corresponding operating frequencies, a clock generator located on the navigation object, an acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected to the first output of the clock generator, M-channel receiver for receiving response signals with frequencies f m , M measuring the propagation time of acoustic signals to the transponder beacon operating at the frequency of this channel, and vice versa, the first inputs of the cat They are connected to the outputs of the M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the clock generator, MxN blocks for converting time intervals into distances according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding propagation time meters, M blocks for choosing the maximum distance value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks for converting time intervals in the distance of a given channel, the coordinates calculator of the navigation object, the first input of which is connected to the outputs of M blocks for selecting the maximum distance, a second clock generator that works synchronously with the clock generators of the pinger beacons, the first input of which is used to synchronize the M synchronous clock generators of the hydroacoustic pinger beacons before they are installed at the bottom, a receiving acoustic antenna for receiving acoustic signals pinger beacons, the second M-channel receiver for receiving acoustic signals of pinger beacons, the input of which is connected to the output of the receiving acoustics antenna, M meters of the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, the first inputs of which are connected to the outputs of the second M-channel receiver, and the second inputs are connected to the output of the second clock generator, additional M blocks of conversion of time intervals to distances, the inputs of which connected to the outputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, and the outputs are connected to the second inputs of the object coordinate calculator that navigation. The receiving acoustic antenna is made directed in the vertical plane, and the maximum of its directivity characteristics corresponds to the critical slip angle β = arccos (c 12 ), M located near the seabed at a distance of no more than the wavelength at the working frequencies F m of the hydroacoustic emitters made directional in the vertical plane. The maximum directivity characteristic lies in the range of slip angles according to the revealed patterns, and additional M blocks for converting time intervals into distances calculate the required distances through the propagation velocity of the near-bottom wave according to the established dependence.
Недостатки данного устройства - низкая надежность системы за счет размещения на объекте навигации передатчиков и генераторов синхроимпульсов, что сужает возможности использования такой системы в условиях воздействия ударных нагрузок, а также в тех случаях, когда конструкция контролируемого объекта не позволяет размещения на нем дополнительной аппаратуры. Также надежность снижается за счет наличия механических связей между гидроакустическими маяками-ответчиками и гидроакустическими маяками-пингерами. Ограничена область применения системы - только для подводной среды.The disadvantages of this device are the low reliability of the system due to the placement of transmitters and clock generators on the navigation object, which narrows the possibilities of using such a system under shock loads, as well as in cases where the design of the controlled object does not allow the placement of additional equipment on it. Reliability is also reduced due to the presence of mechanical connections between sonar transponders and sonar pinger beacons. The scope of the system is limited - only for the underwater environment.
Наиболее близким устройством по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство, реализующее способ измерения расстояния до контролируемого объекта по первому варианту заявки РФ №97116654/09, кл. G01S 15/08, опубл. 20.04.1999 г., включающее излучатель импульсного акустического сигнала, излучение которого синхронизируют с началом отсчета времени в точке приема на контролируемом объекте, двухканальный приемник, каждый канал которого содержит акустоэлектрический преобразователь (гидрофон), заглубленный в грунт или расположенный на его поверхности, блок измерения фазового и группового времени запаздывания, блок вычисления расстояния до контролируемого объекта.The closest device in technical essence and the totality of essential features is a device that implements a method of measuring the distance to a controlled object according to the first version of the application of the Russian Federation No. 97116654/09, class. G01S 15/08, publ. 04/20/1999, including an emitter of a pulsed acoustic signal, the radiation of which is synchronized with the time at the reception point at the controlled object, a two-channel receiver, each channel of which contains an acoustoelectric transducer (hydrophone), buried in the ground or located on its surface, a measurement unit phase and group delay time, unit for calculating the distance to the controlled object.
Недостатки указанного устройства заключаются в необходимости размещения на контролируемом объекте излучателя импульсного акустического сигнала для формирования сигнала, с которым синхронизируют начало отсчета времени для вычисления координат объекта, что ограничивает область применения указанного устройства и снижает его надежность. Недостаточная информативность устройства связана с измерением только одной координаты, а именно дальности до объекта за счет ограничения количества приемных блоков лишь двумя. Также точность устройства определяется вычислением дальности по информации всего с двух каналов, что достаточно только для воздушной среды, а при размещении объекта в грунте или воде на точность двухканального устройства будут оказывать влияние неоднородности среды.The disadvantages of this device are the need to place a pulsed acoustic signal on the controlled object of the emitter to generate a signal with which the time reference is synchronized to calculate the coordinates of the object, which limits the scope of the specified device and reduces its reliability. The lack of information content of the device is associated with the measurement of only one coordinate, namely, the distance to the object due to the limitation of the number of receiving blocks by only two. Also, the accuracy of the device is determined by calculating the range from information from only two channels, which is sufficient only for the air environment, and when placing an object in soil or water, the accuracy of the two-channel device will be affected by the heterogeneity of the medium.
Техническая задача измерителя координат излучателя импульсного акустического сигнала в грунте (далее - устройство) заключается в повышении эффективности его использования за счет повышения точности и информативности путем вычисления трех координат излучателя импульсного акустического сигнала в среде. Надежность устройства повышается за счет отсутствия вмешательства в конструкцию излучателя импульсного акустического сигнала для размещения на нем задающего генератора, при этом задающим является импульс, пришедший первым на любой из акустоэлектрических преобразователей.The technical task of the coordinate meter of the emitter of a pulsed acoustic signal in the ground (hereinafter referred to as the device) is to increase the efficiency of its use by increasing the accuracy and information content by calculating the three coordinates of the emitter of a pulsed acoustic signal in the medium. The reliability of the device is increased due to the absence of interference in the design of the emitter of a pulsed acoustic signal to place a master oscillator on it, while the driving pulse is the first to arrive at any of the acoustoelectric transducers.
Поставленная техническая задача решается тем, что в измеритель координат излучателя импульсного акустического сигнала в среде, включающий указанный излучатель и акустоэлектрический преобразователь, согласно техническому решению дополнительно введены акустоэлектрические преобразователи, блок обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, устройство связи, устройство трехмерной обработки данных, причем общее количество N акустоэлектрических преобразователей не меньше четырех. Выход каждого акустоэлектрического преобразователя соединен с одним из N входов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, выход которого взаимной связью соединен со входом устройства связи, соединенного выходом со входом устройства трехмерной обработки данных.The stated technical problem is solved in that the acoustoelectric transducers, the processing unit of the delay times of the pulsed acoustic signal, a communication device, a three-dimensional data processing device are additionally introduced into the coordinate meter of the emitter of the pulsed acoustic signal in the medium, including the specified emitter and acoustoelectric converter the number N of acoustoelectric transducers is not less than four. The output of each acoustoelectric transducer is connected to one of the N inputs of the processing unit of the delay times of a pulsed acoustic signal, the output of which is interconnected to an input of a communication device connected by an output to an input of a three-dimensional data processing device.
Указанная совокупность признаков позволяет определять три координаты излучателя импульсного акустического сигнала, что повышает точность и информативность устройства. Надежность устройства повышается за счет отсутствия вмешательства в конструкцию излучателя импульсного акустического сигнала для размещения на нем задающего генератора, при этом задающим является импульс, пришедший первым на один, любой, из N акустоэлектрических преобразователей. Это в совокупности расширяет возможности применения указанного устройства в условиях воздействия больших ударно-вращательных нагрузок на излучатель импульсного акустического сигнала, а также при отсутствии возможности размещения на обнаруживаемом объекте дополнительного генератора.The specified set of features allows you to determine the three coordinates of the emitter of a pulsed acoustic signal, which increases the accuracy and information content of the device. The reliability of the device is increased due to the absence of interference in the design of the emitter of a pulsed acoustic signal to place a master oscillator on it, while the master pulse is the first one to come from any of the N acoustoelectric transducers. This together expands the possibilities of using the specified device under the influence of large shock-rotational loads on the emitter of a pulsed acoustic signal, as well as in the absence of the possibility of placing an additional generator on the detected object.
В качестве излучателя импульсного акустического сигнала можно использовать работающую пневмоударную машину. Это обеспечит формирование импульсного акустического сигнала большой мощности на входе акустоэлектрических преобразователей, что увеличит дальность устройства.As the emitter of a pulsed acoustic signal, you can use a working pneumatic hammer machine. This will ensure the formation of a pulsed acoustic signal of high power at the input of acoustoelectric converters, which will increase the range of the device.
Целесообразно, чтобы каждый из N каналов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала содержал соединенные взаимной связью приемопередающее устройство и устройство измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала, соединенное входом с одним из N входов блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала. При этом входы приемопередающих устройств соединены между собой взаимной беспроводной связью, работающей на заданной частоте, а выходами они соединены между собой и с выходом блока обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала.It is advisable that each of the N channels of the processing unit of the delay time of the pulse acoustic signal contains interconnected transceiver device and the device for measuring the delay time of the pulsed acoustic signal connected to the input with one of the N inputs of the processing unit of the delay time of the pulsed acoustic signal. In this case, the inputs of the transceiver devices are interconnected by mutual wireless communication operating at a given frequency, and the outputs are connected to each other and to the output of the processing unit of the delay times of a pulsed acoustic signal.
Использование беспроводной передачи данных между приемопередающими устройствами позволит повысить надежность устройства за счет отсутствия необходимости введения дополнительного генератора, формирующего задающий импульс и размещаемого на работающей пневмоударной машине. Также уменьшится вес и габариты предлагаемого устройства.The use of wireless data transmission between transceiver devices will increase the reliability of the device due to the absence of the need to introduce an additional generator that generates a driving pulse and is placed on a working pneumatic shock machine. Also, the weight and dimensions of the proposed device will be reduced.
Сущность технического решения поясняется примером конструктивного исполнения устройства и чертежами фиг.1, 2, где на фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - геометрическая модель взаимодействия излучателя импульсного акустического сигнала и четырех акустоэлектрических преобразователей.The essence of the technical solution is illustrated by an example of the design of the device and the drawings of figures 1, 2, where figure 1 shows the structural diagram of the device; figure 2 is a geometric model of the interaction of the emitter of a pulsed acoustic signal and four acoustoelectric transducers.
Структурная схема устройства состоит (см. фиг.1) из излучателя 1 импульсного акустического сигнала (далее излучатель 1), N акустоэлектрических преобразователей 21…2N, блока 3 обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, состоящего из N каналов, каждый из которых содержит соединенные взаимной связью одно из устройств 41…4N измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала и одно из приемопередающих устройств 51…5N, устройства 6 связи и устройства 7 трехмерной обработки данных. Выход каждого акустоэлектрического преобразователя 21…2N соединен с одним из N входов блока 3 обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, выход которого взаимной связью соединен со входом устройства 6 связи, соединенного выходом со входом устройства 7 трехмерной обработки данных. Каждое из приемопередающих устройств 51…5N соединено взаимной связью с одним из устройств 41…4N измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала, соединенным входом с одним из N входов блока 3 обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала, при этом входы приемопередающих устройств 51…5N соединены между собой взаимной беспроводной связью, работающей на заданной частоте, а выходами соединены между собой и с выходом блока 3 обработки времен запаздывания импульсного акустического сигнала.The block diagram of the device consists (see figure 1) of the emitter 1 of the pulsed acoustic signal (hereinafter emitter 1), N acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N , block 3 processing delay times of the pulsed acoustic signal, consisting of N channels, each of which contains interconnected by one of the devices 4 1 ... 4 N measuring the delay time of a pulsed acoustic signal and one of the transceiver devices 5 1 ... 5 N , the communication device 6 and the device 7 three-dimensional data processing. The output of each acoustoelectric transducer 2 1 ... 2 N is connected to one of the N inputs of the delay time processing unit 3 of the pulse acoustic signal, the output of which is interconnected to the input of the communication device 6, connected by the output to the input of the three-dimensional data processing device 7. Each of the transceiver devices 5 1 ... 5 N is interconnected with one of the devices 4 1 ... 4 N measuring the delay time of the pulsed acoustic signal connected to the input with one of the N inputs of the unit 3 for processing the delay times of the pulsed acoustic signal, while the inputs of the transceiver 5 1 ... 5 N are interconnected by a mutual wireless communication operating at a given frequency, and the outputs are interconnected and with the output of the processing unit 3 of the delay times of a pulsed acoustic signal.
Количество акустоэлектрических преобразователей 21…2N должно быть не менее четырех, так как один акустоэлектрический преобразователь, на который сигнал с излучателя 1 приходит первым, используется как задающий, т.е. определяющий время начала отсчета, а остальные три акустоэлектрических преобразователя используются для измерения трех времен запаздывания импульсного акустического сигнала относительно времени начала отсчета и для последующего вычисления трех координат устройством 7 трехмерной обработки данных. В качестве излучателя 1 (см. фиг.1) можно использовать работающую пневмоударную машину.The number of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N must be at least four, since one acoustoelectric transducer, to which the signal from the emitter 1 comes first, is used as a master, i.e. which determines the reference time, and the remaining three acoustoelectric transducers are used to measure three delay times of the pulsed acoustic signal relative to the reference time and for the subsequent calculation of the three coordinates by the device 7 three-dimensional data processing. As the emitter 1 (see figure 1), you can use a working pneumatic hammer machine.
Работа устройства для четырех акустоэлектрических преобразователей 21…24 осуществляется следующим образом. Акустоэлектрические преобразователи 21…24 устанавливают на поверхности грунта в вершинах воображаемого прямоугольника следующим образом - акустоэлектрический преобразователь 21 в точке К, акустоэлектрический преобразователь 22 в точке L, акустоэлектрический преобразователь 23 в точке М, а акустоэлектрический преобразователь 24 в точке F (см. фиг.2). Перед началом работы производят калибровку устройства - измеряют скорость распространения упругих волн в грунте. Считая, что при первом запуске излучателя 1 первая акустическая волна дошла до акустоэлектрического преобразователя 24, нужно рассчитать расстояние Δs1, равное пути, пройденному акустической волной от момента прихода волны к акустоэлектрическому преобразователю 24 и до момента прихода волны к акустоэлектрическому преобразователю 21 и, используя найденное время Δt1 запаздывания распространения волны от момента прихода импульсного акустического сигнала к акустоэлектрическому преобразователем 24 до момента прихода импульсного акустического сигнала к акустоэлектрическому преобразователю 21, можно определить скорость V распространения волны в грунте. После заглубления пневмоударной машины в грунтовый массив на всю длину излучатель 1 будет находиться в точке O и расстояние FO останется постоянным, его можно вычисляют следующим образом: измеряют расстояние ZQ от точки запуска излучателя 1, в качестве которого используется работающая пневмоударная машина, до поверхности земли, затем, измерив расстояние FZ по оси x и зная длину этой машины, которая в момент ее заглубления в грунтовый массив равна расстоянию QO, находят: . Затем вычисляют расстояние от излучателя 1 до акустоэлектрического преобразователя 21, на который сигнал от излучателя 1 пришел следующим, тогда: .The operation of the device for four acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 4 is as follows. Acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 4 are installed on the ground at the vertices of an imaginary rectangle as follows - acoustoelectric transducer 2 1 at point K, acoustoelectric transducer 2 2 at point L, acoustoelectric transducer 2 3 at point M, and acoustoelectric transducer 2 4 at point F (see figure 2). Before starting work, calibrate the device - measure the speed of propagation of elastic waves in the ground. Considering that, at the first start-up of emitter 1, the first acoustic wave reached the acoustoelectric transducer 2 4 , it is necessary to calculate the distance Δs 1 equal to the distance traveled by the acoustic wave from the moment the wave arrives at acoustoelectric transducer 2 4 and until the wave arrives at acoustoelectric transducer 2 1 and using the found delay time Δt 1 the wave propagation from the moment of arrival of acoustic pulse signal to the acoustic-electric transducer 2 4 to the moment of arrival of acoustic pulse Skog signal to the acoustic-electric transducer 1 2, can determine the velocity V of the wave propagation in the soil. After deepening the pneumatic impact machine into the soil massif for the entire length, the emitter 1 will be at point O and the distance FO will remain constant, it can be calculated as follows: measure the distance ZQ from the start point of the emitter 1, which is used as a working pneumatic impact machine, to the surface of the earth, then, by measuring the distance FZ along the x axis and knowing the length of this machine, which at the time of its penetration into the soil mass is equal to the distance QO, find: . Then calculate the distance from the emitter 1 to the acoustoelectric transducer 2 1 , to which the signal from the emitter 1 came as follows, then: .
Соответственно, расстояние: Δs1=KO-FO. Далее, зная измеренное время Δt1 и вычисленное расстояние Δs1, находят скорость V распространения упругих волн в грунте: .Accordingly, the distance: Δs 1 = KO-FO. Further, knowing the measured time Δt 1 and the calculated distance Δs 1 , find the velocity V of the propagation of elastic waves in the ground: .
Для повышения точности и исключения случайных ошибок в процессе калибровки устройства при измерении скорости V распространения упругих волн в грунте можно проводить ее вычисления относительно каждого из четырех акустоэлектрических преобразователей 21…24, тем самым получить 4 значения скорости V и вычислить ее среднее арифметическое значение.To increase the accuracy and eliminate random errors during the calibration of the device when measuring the propagation velocity V of elastic waves in the soil, it can be calculated with respect to each of the four acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 4 , thereby obtaining 4 values of velocity V and calculating its arithmetic average value.
Также за исходные данные для вычисления координат излучателя 1 используют расстояния между акустоэлектрическими преобразователями 21-22 и 22-23 - это расстояния KL и LM соответственно.Also, for the initial data, to calculate the coordinates of the emitter 1 use the distance between the acoustoelectric transducers 2 1 -2 2 and 2 2 -2 3 - these are the distances KL and LM, respectively.
Приемопередающие устройства 51…54 основаны на радиочастотном приемопередающем модуле, работающем на заданной частоте, что обеспечивает беспроводную связь между ними. После калибровки устройство переходит в режим ожидания сигнала от излучателя 1. В режиме ожидания прихода сигнала от излучателя 1 приемопередающие устройства 51…54 настроены на одинаковую заданную частоту.Transceivers 5 1 ... 5 4 are based on a radio frequency transceiver module operating at a given frequency, which provides wireless communication between them. After calibration, the device enters the standby mode of the signal from the emitter 1. In the standby mode of the arrival of the signal from the emitter 1, the transceiver devices 5 1 ... 5 4 are tuned to the same preset frequency.
Устройство в процессе передвижения пневмоударной машины работает следующим образом. Пусть первым импульсный акустический сигнал придет на ближайший акустоэлектрический преобразователь, например 24, и так как он сработал первым, то приемопередающее устройство 54 отправляет по беспроводному каналу связи приемопередающим устройствам 51…53 команду начала отсчета временной задержки. После окончания передачи команды информация с приемопередающих устройств 51…54 поступает на устройство 6 связи. Одновременно, при поступлении на приемопередающие устройства 51…53 команды начала отсчета временной задержки, они посылают сигнал начала измерения временной задержки соответствующим устройствам 41…43 измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала. Далее, в устройствах 41…43 измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала вычисляют времена запаздывания прихода сигнала от излучателя 1 на остальные акустоэлектрические преобразователи 21, 22 и 23 относительно акустоэлектрического преобразователя 24. Время запаздывания прихода сигнала от излучателя 1 на акустоэлектрический преобразователь 24 устройство 44 измерения времени запаздывания принимает за 0. Далее приемопередающие устройства 51…54 передают измеренные Δt1, Δt2, Δt3, Δt4=0 устройству 6 связи. После этого приемопередающие устройства 51…54 переходят в режим работы на заданной частоте, устройства 41…44 измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала и приемопередающие устройства 51…54 переходят в режим ожидания прихода нового сигнала от излучателя 1 до соответствующего акустоэлектрического преобразователя 21…24. После приема сведений о номере первого и последующих сработавших акустоэлектрических преобразователей 21…24 с соответствующими временами запаздывания с помощью устройства 6 связи эти данные передаются в устройство 7 трехмерной обработки данных. Далее с использованием математического аппарата вычисляют три координаты излучателя 1.The device in the process of moving a pneumatic hammer machine works as follows. Let the first pulsed acoustic signal arrive at the nearest acoustoelectric transducer, for example, 2 4 , and since it was the first to operate, the transceiver 5 4 sends via a wireless communication channel to the transceiver 5 1 ... 5 3 a command to start the time delay countdown. After the transmission of the command, information from the transceiver devices 5 1 ... 5 4 is supplied to the communication device 6. At the same time, upon receipt of a time delay reference command 5 1 ... 5 3 received by the transceiver devices, they send a time delay measurement start signal to the corresponding devices 4 1 ... 4 3 of the delay time of the pulsed acoustic signal. Further, in devices 4 1 ... 4 3 measuring the delay time of the pulsed acoustic signal, the delay times of the arrival of the signal from the emitter 1 to the remaining acoustoelectric transducers 2 1 , 2 2 and 2 3 relative to the acoustoelectric transducer 2 4 are calculated. Signal arrival delay time from the transmitter 1 to the acoustoelectric transducer unit 2 4 4 4 receives the measurement delay time of 0. Further transceiving device 5 1 ... 5 4 transmit the measured Δt 1, Δt 2, Δt 3, Δt 4 = 0 connection unit 6. After that, the transceiver devices 5 1 ... 5 4 go into operation at a given frequency, the devices 4 1 ... 4 4 measure the delay time of the pulsed acoustic signal and the transceiver 5 1 ... 5 4 go into standby mode, when a new signal arrives from the emitter 1 to the corresponding acoustoelectric Converter 2 1 ... 2 4 . After receiving information about the number of the first and subsequent triggered acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 4 with the corresponding delay times using the communication device 6, this data is transmitted to the device 7 three-dimensional data processing. Then, using the mathematical apparatus, three coordinates of the emitter 1 are calculated.
Процесс вычисления координат происходит в устройстве 7 трехмерной обработки данных следующим образом.The coordinate calculation process occurs in the device 7 three-dimensional data processing as follows.
Предположим, что первоначально сигнал фиксируется акустоэлектрическим преобразователем 24. Тогда расстояние от него до источника удара O (а именно до излучателя 1) будет составлять некоторую величину FO (см. фиг.2). Если время запаздывания на выходе устройств 41…43 измерения времени запаздывания импульсного акустического сигнала составляет соответственно Δt1, Δt2, Δt3, то разница по расстоянию для них будет Δs1, Δs2, Δs3, которые соответственно вычисляют через измеренную в процессе калибровки устройства скорость V распространения упругих волн в среде: Δs1=Δt1·V, Δs2=Δt2·V, Δs3=Δt3·V. Используя геометрические соотношения, из треугольников AOK, LOB, MOC, FOD, POT можно получить следующую систему из 4 уравнений с 4 неизвестными (в данном случае началом координат выступает точка F):Suppose that the signal is initially fixed by an acoustoelectric transducer 2 4 . Then the distance from it to the source of the impact O (namely, to the emitter 1) will be a certain value of FO (see figure 2). If the delay time at the output of the devices 4 1 ... 4 3 measuring the delay time of the pulsed acoustic signal is Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 , respectively, then the difference in distance for them will be Δs 1 , Δs 2 , Δs 3 , which are respectively calculated using the measured in the process of calibrating the device, the velocity V of the propagation of elastic waves in the medium: Δs 1 = Δt 1 · V, Δs 2 = Δt 2 · V, Δs 3 = Δt 3 · V. Using geometric relationships, from the triangles AOK, LOB, MOC, FOD, POT, you can get the following system of 4 equations with 4 unknowns (in this case, the origin is the point F):
Решение этой системы уравнений:The solution to this system of equations:
Информацию о трех координатах объекта получают в следующем виде:Information about the three coordinates of the object is obtained in the following form:
Возможно повышение точности устройства за счет увеличения числа акустоэлектрических преобразователей 21…2N: N>4. Тогда процесс вычисления координат будет происходить в несколько этапов, каждый этап представляет собой процесс вычисления координат любыми четырьмя акустоэлектрическими преобразователями 21…2N. Число этапов будет равно числу возможных сочетаний акустоэлектрических преобразователей 21…2N между собой, т.е. числу сочетаний из N по k, которое равно биномиальному коэффициенту: , где k - равно четырем (т.е. минимальному числу акустоэлектрических преобразователей 21…2N, которых было бы достаточно для вычисления трех координат). Формула рассчитывает число этапов, показывающее, сколькими способами можно выбрать k элементов из множества, содержащего N различных элементов, в данном случае акустоэлектрических преобразователей 21…2N. Например, при расчете по вышеуказанной формуле для пяти акустоэлектрических преобразователей 21…2N число этапов будет равно 5, для шести - 15. При выполнении каждого этапа из всего количества акустоэлектрических преобразователей 21…2N выбирают четыре любых и производят процесс вычислений, аналогичный описанному выше. После этого полученные координаты сохраняют в устройстве 7 трехмерной обработки данных, выбирают следующие четыре любых из всего количества акустоэлектрических преобразователей 21…2N и снова вычисляются координаты. Так происходит до окончания возможных сочетаний акустоэлектрических преобразователей 21…2N между собой. Из общего количества вычисленных координат находят усредненные координаты, как среднее арифметическое значение по каждой из трех координат.It is possible to increase the accuracy of the device by increasing the number of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N : N> 4. Then the process of calculating the coordinates will occur in several stages, each stage is a process of calculating the coordinates of any four acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N. The number of stages will be equal to the number of possible combinations of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N with each other, i.e. the number of combinations of N in k, which is equal to the binomial coefficient: , where k is equal to four (i.e., the minimum number of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N , which would be enough to calculate three coordinates). The formula calculates the number of steps, showing how many ways you can select k elements from a set containing N different elements, in this case, acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N. For example, when calculating according to the above formula, for five acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N, the number of steps will be 5, for six - 15. During each step, out of the total number of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N , any four are selected and the calculation process similar described above. After that, the obtained coordinates are stored in the device 3 three-dimensional data processing, select the following four any of the total number of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N and again calculate the coordinates. This happens until the end of possible combinations of acoustoelectric transducers 2 1 ... 2 N with each other. From the total number of calculated coordinates, average coordinates are found as the arithmetic mean value for each of the three coordinates.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113237/28U RU118765U1 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113237/28U RU118765U1 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU118765U1 true RU118765U1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46851145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012113237/28U RU118765U1 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU118765U1 (en) |
-
2012
- 2012-04-04 RU RU2012113237/28U patent/RU118765U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2128328B (en) | Locating a towed marine object acoustically | |
CN110187309A (en) | Indoor locating system | |
KR20110012584A (en) | Apparatus and method for estimating position by ultrasonic signal | |
RU2011116249A (en) | HYDROACOUSTIC SYNCHRONOUS LONG-DIMENSIONAL NAVIGATION SYSTEM FOR POSITIONING UNDERWATER OBJECTS IN THE NAVIGATION FIELD OF RANDOMLY SITUATED HYDROACOUSTIC RESPONSE BEACONS | |
CN109782215B (en) | Indoor positioning and identifying system based on surface acoustic wave technology and positioning and identifying method thereof | |
RU2484492C1 (en) | Hydroacoustic system for measuring coordinates of sound source in shallow sea | |
US7362655B1 (en) | Time-synchronous acoustic signal ranging system and method | |
CN105572673A (en) | Ultrasonic ranging method and device | |
RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
JP6207817B2 (en) | Underwater position-related information acquisition system | |
CN103837856A (en) | Extended angular resolution of sensor arrays using secondary echoes | |
KR20090062594A (en) | Device and method for measuring 3d position using multi-channel ultrasonic sensor | |
US10495460B2 (en) | Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water | |
RU2477497C2 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU118765U1 (en) | PULSE ACOUSTIC SIGNAL RADIATOR COORDINATE METER IN THE ENVIRONMENT | |
KR100652912B1 (en) | A system for specifying a position of underwater equipment and a position specifying method performing in the system | |
RU2463624C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2476899C1 (en) | Hydroacoustic complex to measure azimuthal angle and horizon of sound source in shallow sea | |
CN204228953U (en) | A kind of measuring system determining locus, buildings monitoring point | |
JP3484995B2 (en) | Instantaneous passive distance measuring device | |
Gao et al. | Underwater acoustic positioning system based on propagation loss and sensor network | |
RU2158431C1 (en) | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea | |
JPH11231039A (en) | Multi-user underwater positioning device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160405 |