RU1795394C - Электроакустическое устройство дл определени координат облучател радиотелескопа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электронной технике и предназначено дл  определени  координат облучател  радиотелескопа. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и разрешающей способности определени  координат. Устройство содержит задающий генератор 1, рельс-звукопровод 2, излучающий преобразователь 3, приемные преобразователи 4 и 5, входные усилители 6 и 7, пороговые устройства 8 и 9, усилитель 10 мощности, управл ющий генератор 11, ключ 12, формирователь, 13 импульсов , триггеры 14 и 15, логические схемы И 16 и 17, счетчики 18 и 19 импульсов, цифровые детекторы 20 и 21, цифровой сумматор 22, вычислительное устройство 23, индикатор 24, Повышение точности достигаетс  за счет компенсации температурных погрешностей, а также амплитудных и фазовых ошибок. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электронной технике и предназначено дл  определени  пространственного положени  вторичного облучател  радиотелескопа, работающего в автоматическом режиме позиционировани . Оно может быть использовано в системе измерени , контрол  и ввода графической информации в вычислительное устройство.

Известно устройство дл  определени  координат, содержащее планшет, электроакустический преобразователь, генератор циклов измерени  и циклов коррекции, канал преобразовани , блок сравнени , циф- роаналоговый преобразователь, элементы и эталонный канал, предназначенный дл  компенсации погрешностей измерени .

Недостатком данного устройства  вл етс  низкое быстродействие и сложность конструкции.

Известно устройство дл  бесконтактного измерени  рассто ни , содержащее электроакустический преобразователь, генератор , блок формировани  импульсов, усилитель, триггер, счетчик, элемент Н, индикатор . Принцип его работы заключаетс  в следующем: излучаетс  определенное количество ультразвуковых импульсов с определенным коэффициентом заполнени . При этом отраженные от преп тстви  ультразвуковые импульсы считываютс . Рассто нием определ етс  известным методом в зависимости от времени пробега;

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность, обусловленна  нестабильностью измерени  при колебани х внешних параметров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  определени  координат, которое содержит планшет-звукопровод, пьезоэлектрические преобразователи, счетчик координат, формирователи строб-импульсов , триггер, элемент И, генератор импульсов , делитель частоты и усилитель. В данном устройстве координата определ етс  измерением времени пробега акустической вол- ны от излучател  до приемника. Компенсаци  температурной погрешности, вызванной изменением скорости распространени  волны в планшете осуществл етс  изменением частоты акустической волны.

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность, т.к. во-первых, изменение амплитуды сигнала на выходе приемника, вызванное изменением внешних параметров в конечном итоге сказываетс  на точности определени  координат, поскольку порог срабатывани  компаратора остаетс  неизменным, во-вторых, изменение частоты сигнала измен ет врем  задержки при фиксировании прихода акустической волны, что вызывает дополнительную погрешность.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и разрешающей способности определени  координат.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в отличии от прототипа в данном устройстве

получение хода, соответствующего времени прохождени  акустической волны от излучател  до приемника (следовательно, и координаты ), осуществл етс  как подсчетом количества импульсов высокочастотного ге5 нератора, так и измерением фазового сдвига между сигналами, поступающих от генератора гармонического колебани  и пьезоэлектрического приемника. Так как измерени  амплитуды сигналов не вызывают

0 изменени  фазы, то погрешность, вызванна  девиацией амплитуды в данном устройстве исключаетс  и, следовательно,- повышаетс  точность определени  положени  облучател .

5 Дл  компенсации температурной- погрешности , вызывающейс  изменением скорости распространени  акустической волны (при изменении температуры окружающей среды), устройство содержит два пье0 зоэлектрических приемника, расположенных на противоположных сторонах звуко . провода (рельса). В каждом цикле измерени  осуществл етс  коррекци  полученного результата, учитывающего температурные

5 давиации (например, увеличение длины рельса) и сравнение полученного числа с эталонным числом, соответствующим нормальным (номинальным) температурным услови м , т.е. услови м с фиксированной

0 скоростью распространени  акустической волны в звукопроводе.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и разрешающей способности определени  координат.

5 На фиг.1 показана функциональна  блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема алгоритма работы.

Устройство содержит задающий генератор 1, рельс-звукопровод 2, по которому

0 движетс  тележка облучател  радиотелескопа , пьезоэлектрический кольцевой излучающий преобразователь 3, механически закрепленный на колесе тележки, два неподвижных пьезоэлектрических приемных

5 преобразовател  4 и 5, зафиксированных на противоположных кра х звукрпровода (рельса), два входных усилител  6 и 7, два пороговых устройства 8 и 9, усилитель 10 мощности, управл ющий генератор 11, ключ 12, формирователь 13 импульсов, два

RS-триггера 14 и 15, две логические схемы И 16 и 17, два счетчика импульсов 18 и 19, два цифровых фазовых детектора 20 и 21, цифровой сумматор 22, вычислительное устройство 23 и индикатор 24.

Устройство дл  определени  положени  облучател  радиотелескопа работает следующим образом.

Импульс с выхода управл ющего генератора 11 поступает на ключ 12 и открывает его, в этот момент напр жение с задающего генератора 1 через усилитель мощности 10 прикладываетс  к электродам излучател , который начинает генерировать ультразвуковые волны. Импульс с выхода генератора 11 также поступает на триггер 14,15 и переводит их в состо ние логической 1, синхронно , этим же импульсом обнул ютс  счетчики 18 и 19.

Как только акустическа  волна достигает приемного преобразовател  5 на его выходе по вл етс  электрический сигнал, который через усилитель 6 поступает на пороговое устройство 8. При достижении этим сигналом порогового значени  на выходе по вл етс  импульс, которые триггер 14 переводит в О состо ние, длительность импульса на выходе RS-триггера 14 пропорциональна рассто нию LL В течение этого импульса открываетс  логическа  схема И 16 и импульсы с частотой возбуждающего генератора 1 через формирователь импульсов 13 поступают на счетчик 18. В результате фиксируютс  старшие разр ды числа в счетчике 18, пропорциональные рассто нию LI. На выходе цифрового фазового детектора 20, на первый вход которого поступает сигнал от генератора 1 как опорный сигнал, а на второй вход сигнал от усилител  6, формируетс  код, соответствующий младшим разр дам числа. Полученное число поступает на первый вход цифрового сумматора 22.

Аналогично формируетс  второе число пропорциональное рассто ние L.2, оно поступает на второй вход цифрового сумматора 22. После суммировани  на выходе сумматора по вл етс  число, которое пропорционально рассто нию от приемного преобразовател  4 до приемного преобразовател  5, т.е. длине всего звукопровода (рельсового пути). Это число поступает на вход вычислительного устройства 23.

В блоке 23 число с сумматора 22 сравниваетс  с эталонным числом, хран щимс  в одном из регистров блока 23 и соответствующим времени прохождени  акустической волны всего звукопровода в нормальных услови х. В случае равенства этих чисел, число, которое поступает на первый вход сумматора, выводитс  на блок индикации .

При изменении температуры окружающей среды измен етс  скорость распрост- ранени  акустической волны, за счет изменени  модул  упругости Е рельса, так как

10

V

-№ Р

0

5

0

5

0

где Е - модуль Юнга, р - плотность звукопровода (рельса).

При этом измен етс  также длина рельса , и следовательно, рассто ние между при- емными преобразовател ми 4 и 5.

В результате изменени  скорости распространени  волны измен етс  временной интервал пропорциональный измер емому рассто нию и по вл етс  погрешность .

Согласно принципу работы данного устройства с изменением температуры будут измен тьс  числа NI, N2, их сумма N и, следовательно , нарушаетс  равенство эталонному числу 3. В этом случае компенсации погрешности осуществл етс  с использованием вычислительного устройства 23.

Так как изменение числа N вызвано двум  факторами, изменением скорости распространени  волны и изменением рассто ни  приемного преобразовател  4 до приёмного преобразовател  5, а эталонное число соответствует фиксированному рассто нию между ними, т необходимо число N скорректировать, т.е. выделить ту часть, котора  вызвана изменением длины звукопровода. Корректировка числа N осуществл етс  по алгоритму, блок-схема которого показана на фиг.2.

После коррекции числа N искомое рассто ние определ етс  по формуле

L Ni

N

0

где N /Э - коэффициент, учитывающий изменение скорости распространени  волны, NI - число, пропорциональное рассто нию U

Полученный результат поступает на индикатор .

При изменении амплитуды первой полуволны выходного сигнала измен етс  момент срабатывани  формировател  строб-импульсов и по вл етс  погрешность .

Так как в данном устройстве получение результата осуществл етс  как подсчетом количества импульсов высокочастотного генератора , но и также изменением фазового сдвига, который не измен етс  при изменении амплитуды первой полуволны, погрешность , вызванна  давиацией амплитуды практически исключена.

В результате измерени  фазового сдвига , повышаетс  также разрешающа  способность работы данного устройства. Например, при возбуждении излучател  с частотой 100 кГц и измерении фазового сдвига с точностью один градус (электр.)

разрешающа  способность составл ет 0,1 мм. И наконец, в результате коррекции числа N соответствующего длине всего рельсового пути, т.е. учет удлинени  звукопровода

(рельса) (при изменении его температуры), значительно повышает точность определе- ни  координаты облучател  радиотелескопа . Например, при изменении температуры рельса на 10°С, когда рассто ние между

приемниками составл ет 20 м, точность повышаетс  на 5 мм (температурный коэффициент расширени  стали 11,).

Формула йзобрете.ни  Электроакустическое устройство дл  определени  координат облучател  радиотелескопа , содержащее один излучающий пьезоэлектрический преобразователь с усилителем мощности, два приемных пьезоэ- лектрических преобразовател , которые расположены на концах рельса-звукопрово- да и подключены к входным усилител м, задающий генератор, подключенный к усилителю мощности через ключ, вход которого соединен с управл ющим генератором, индикатор и две цепи из последовательно соединенных RS-триггера, логической схемы И и счетчика импульсов, причем S-входы RS-триггеров подключены к управл ющему генератору, о т ли ч а ю щ ё е с   тем, что, с целью повышени  точности и разрешающей способности определени  координат, излучающий преобразователь выполнен в виде кольца и закреплен на колесо тележки радиотелескопа , а в устройство введены формирователь импульсов, два пороговых устройства, два цифровых фазовых детектора , цифровой сумматор и вычислительное устройство, выход которого подключен к индикатору , при этом первые два входа цифрового сумматора соединены соответственно с выходом первого цифрового счетчика и первого цифрового фазового детектора, а вторые два входа цифрового сумматора - соответственно с выходом второго цифрового счетчика и второго цифрового фазового детектора, три входа вычислительного устройства подключены соответственно к выходам первого счетчика импульсов, первого цифрового фаз.ового детектора и цифрового сумматора, вторые входы логических схем Л соединены с выходом формировател  импульсов , вход которого подключен к задающему генератору, первые входы цифровых фазовых детекторов соединены соответственно с выходами входных усилителей, которые через пороговые устройства соединены также с R-входамм соответствующих RS-триггеров, вторые входы цифровых фазовых детекторов подключены к задающему генератору.