RU2391627C2 - Method of determining distance to object solid surface - Google Patents
Method of determining distance to object solid surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391627C2 RU2391627C2 RU2008115804/28A RU2008115804A RU2391627C2 RU 2391627 C2 RU2391627 C2 RU 2391627C2 RU 2008115804/28 A RU2008115804/28 A RU 2008115804/28A RU 2008115804 A RU2008115804 A RU 2008115804A RU 2391627 C2 RU2391627 C2 RU 2391627C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- distance
- solid surface
- ultrasonic
- reflected
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения расстояний до объекта акустическими методами, точнее с использованием для этого ультразвука и его особенностей, и может быть использовано для определения расстояния от опорной плоскости (например, рамы плуга) до сплошной поверхности почвы при автоматической регулировке глубины пахоты.The invention relates to the field of measuring distances to an object by acoustic methods, more precisely, using ultrasound and its features for this, and can be used to determine the distance from a reference plane (for example, a plow frame) to a solid soil surface with automatic adjustment of plowing depth.
Под сплошной поверхностью понимается основная поверхность, например поверхность воды в озере, на которой находятся объекты, образующие не сплошную, разрывную поверхность, например, верхушки и стебли растений, растущих в этом озере.A solid surface is understood as the main surface, for example, the surface of the water in a lake, on which there are objects that form a non-continuous, discontinuous surface, for example, the tops and stems of plants growing in this lake.
При пахоте почвы, на ее сплошной поверхности могут находиться остатки стерни, всходы травы и другие объекты, образующие не сплошную поверхность. Глубина пахоты задается по отношению к основной, сплошной поверхности почвы. Использование для этого контактных методов измерения расстояния, как показала практика, затруднено ввиду их специфики. Использование бесконтактных методов, в частности ультразвуковых, более перспективно. Однако и в этом случае возникает ряд технических трудностей, приводящих к снижению уровня качества или надежности измерений. Так, при использовании ультразвуковых методов, основанных на измерении отрезка времени между моментом излучения ультразвука в направлении поверхности почвы и моментом приема отраженного от нее сигнала, возникают паразитные сигналы, обусловленные наличием на ней остатков стерни, всходов травы и др. Эти сигналы могут быть восприняты как отраженные от основной сплошной поверхности. Это неизбежно приведет к серьезным погрешностям установления глубины пахоты (до 30 см и более).When plowing the soil, on its continuous surface there may be remains of stubble, shoots of grass and other objects forming an incomplete surface. The depth of plowing is set in relation to the main, continuous surface of the soil. The use of contact methods for measuring distance for this, as practice has shown, is difficult due to their specificity. The use of non-contact methods, in particular ultrasound, is more promising. However, in this case, a number of technical difficulties arise, leading to a decrease in the level of quality or reliability of measurements. So, when using ultrasonic methods based on measuring the length of time between the moment of ultrasound emission in the direction of the soil surface and the moment of receiving the signal reflected from it, spurious signals arise due to the presence of stubble residues, grass shoots, etc. These signals can be perceived as reflected from the main solid surface. This will inevitably lead to serious errors in establishing the depth of plowing (up to 30 cm or more).
Учитывая, что большинство почв средней полосы РФ имеет плодородный слой такого же порядка, подобная погрешность может привести к потере урожайности с/х культур и даже к полной порче почвы при пахоте. В рамках предлагаемого технического решения принимается эквивалентность измерения расстояния от точки А до точки В, измерению расстояния от точки В до точки А. Под определением расстояния понимаются косвенные измерения, которые будучи реализованы в приборе, становятся в сущности прямыми измерениями. В этом смысле термины определение и измерение эквивалентны [3].Considering that most soils of the middle zone of the Russian Federation have a fertile layer of the same order, such an error can lead to a loss of yield of agricultural crops and even to complete damage to the soil when plowed. In the framework of the proposed technical solution, the equivalence of measuring the distance from point A to point B, measuring the distance from point B to point A. The definition of distance refers to indirect measurements that, when implemented in the device, become essentially direct measurements. In this sense, the terms definition and measurement are equivalent [3].
Известен способ определения расстояния до объекта, широко применяемый в гидролокации (более 50 лет) при измерении скорости ультразвука [1], включающий излучение ультразвукового импульсного сигнала в звукопроводящую среду, (например, воду, воздух и др.), его отражение от поверхности объекта (например, от дна водоема), прием отраженного ультразвукового сигнала, измерение времени запаздывания принятого сигнала относительно излученного, определение по этому времени и известной скорости звука расстояния от точки излучения ультразвука до некоторой точки на поверхности объекта, отражающей ультразвук.A known method of determining the distance to the object, widely used in sonar (more than 50 years) when measuring the speed of ultrasound [1], which includes the emission of an ultrasonic pulse signal into a sound-conducting medium (for example, water, air, etc.), its reflection from the surface of the object ( for example, from the bottom of a pond), receiving a reflected ultrasonic signal, measuring the delay time of a received signal relative to a radiated one, determining from this time and a known speed of sound the distance from the point of radiation of ultrasound to some swarm of points on the surface of the object reflecting the ultrasound.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
При излучении ультразвукового импульса в звукопроводящую среду он со скоростью звука С распространяется от излучающей поверхности в направлении объекта, расстояние L до которого необходимо измерить, в виде ультразвукового луча, расширяющегося в некотором телесном угле φ. Ввиду этого ультразвуковой сигнал, достигнув поверхности объекта через времяWhen an ultrasonic pulse is emitted into a sound-conducting medium, it propagates with the speed of sound C from the radiating surface in the direction of the object, the distance L to which it is necessary to measure, in the form of an ultrasonic beam expanding in some solid angle φ. In view of this, the ultrasonic signal reaching the surface of the object through time
образует на ней некоторое ультразвуковое пятно, с характерным размером 1, определяемым L и φ, в котором формируется отраженный сигнал, в первом приближении являющийся зеркально отраженным продолжением распространяющегося (теоретически) дальше излученного сигнала.forms an ultrasonic spot on it, with a characteristic size of 1, determined by L and φ, in which the reflected signal is formed, which, to a first approximation, is a mirror-reflected extension of the radiated signal propagating (theoretically) further.
Отраженный сигнал, пройдя тот же путь за время t, достигнет приемника ультразвука, в качестве которого может быть использован сам излучатель, переключенный в режим приема или отдельный приемник, жестко связанный геометрически с точкой излучателя и позволяющий измерять время t. В этом случае ультразвуковой сигнал пройдет путь 2L за времяThe reflected signal, having traveled the same path in time t, reaches the ultrasound receiver, which can be used as an emitter itself, switched to receive mode or a separate receiver, rigidly geometrically connected to the emitter point and allowing to measure time t. In this case, the ultrasonic signal will travel 2L in time
Величина Т может быть измерена, величина С может быть найдена из таблиц, а расстояние L определено из формулыThe value of T can be measured, the value of C can be found from the tables, and the distance L is determined from the formula
При этом, чем меньше угол φ, тем меньше площадь ультразвукового пятна, тем меньший участок отражающей поверхности объекта будет им охвачен, тем более равномерен его рельеф, тем более интенсивен принятый сигнал, что существенно повышает качество измерений величины L. Эти обстоятельства, а также ряд других, дают основания предпочитать для измерения L звуки высоких частот, а именно ультразвук [1].Moreover, the smaller the angle φ, the smaller the area of the ultrasonic spot, the smaller the area of the reflecting surface of the object will be covered by it, the more uniform its relief, the more intense the received signal, which significantly improves the quality of measurements of L. These circumstances, as well as a number others, give reason to prefer to measure L sounds of high frequencies, namely ultrasound [1].
Недостатки способаThe disadvantages of the method
1. Отсутствует критерий отличия паразитного сигнала (помехи) от основного, что снижает надежность полученных результатов измерений.1. There is no criterion for the difference between the spurious signal (interference) from the main one, which reduces the reliability of the obtained measurement results.
2. Отсутствует оптико-геометрическое ограничение диапазона рабочих частот ультразвука сверху, что может привести к появлению паразитных отраженных сигналов, сравнимых с основным и даже превышающих его.2. There is no optical-geometric limitation of the operating frequency range of ultrasound from above, which can lead to the appearance of spurious reflected signals comparable to the main one and even exceeding it.
Эти недостатки снижают надежность результатов измерений расстояния, особенно в автоматическом режиме измерения.These shortcomings reduce the reliability of distance measurement results, especially in the automatic measurement mode.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения расстояний до препятствия, используемый в устройствах парковки автомобилей [2]. Способ основан на горизонтальной ориентации процесса измерения, излучении импульсного ультразвукового сигнала в направлении препятствия, формировании его диаграммы направленности, его отражении от сплошной поверхности препятствия, приеме отраженного сигнала, сравнении его уровня с заданным пороговым уровнем, измерении времени запаздывания принятого сигнала по отношению к излученному, если его уровень превышает пороговый, определении по этому времени расстояния от опорной точки, жестко связанной с поверхностью излучения до ближайшей точки, отражающей сплошной поверхности препятствия, формировании сигнала, несущего информацию о результатах измерения, подаче этого сигнала на исполнительное устройство.Closest to the proposed technical solution is a method for determining distances to obstacles used in car parking devices [2]. The method is based on the horizontal orientation of the measurement process, the emission of a pulsed ultrasonic signal in the direction of the obstacle, the formation of its radiation pattern, its reflection from the solid surface of the obstacle, the reception of the reflected signal, comparing its level with a given threshold level, measuring the delay time of the received signal relative to the emitted, if its level exceeds the threshold, by determining at this time the distance from the reference point rigidly connected with the radiation surface to the nearest th point, a continuous reflective surface of the obstacle, generating a signal carrying information about the results of measurement of the feed to the actuator signal.
Сущность способа заключается в следующем:The essence of the method is as follows:
При парковке автомобиля задним ходом на малых скоростях ультразвуковой преобразователь, размещенный на бампере, излучает ультразвуковой импульс в горизонтальном направлении, перпендикулярном бамперу. Этот импульс распространяется в воздушной среде, частично отражаясь от различных препятствий (штыри, столбики и др.). Отраженный сигнал, будучи принятым ультразвуковым преобразователем, переключенным в режим приема, сравнивается с сигналом, уровень которого устанавливается как пороговый. Принятые сигналы, уровень которых ниже порогового (например, шумы) считаются паразитными и дальнейшему анализу не подлежат. Сигнал, превышающий пороговый уровень принимается за полезный и измеряется время его запаздывания Т по отношению к излученному сигналу. Далее по известному соотношению:When parking a car in reverse at low speeds, an ultrasonic transducer located on the bumper emits an ultrasonic pulse in the horizontal direction perpendicular to the bumper. This impulse propagates in the air, partially reflecting from various obstacles (pins, posts, etc.). The reflected signal, being received by the ultrasonic transducer, switched to the reception mode, is compared with the signal, the level of which is set as a threshold. Received signals whose level is below the threshold (for example, noise) are considered spurious and are not subject to further analysis. A signal exceeding the threshold level is taken as useful and the delay time T is measured with respect to the emitted signal. Further, according to the known ratio:
где L - расстояние от преобразователя до препятствия; С - скорость звука.where L is the distance from the transducer to the obstacle; C is the speed of sound.
Определяют расстояние L от бампера или конкретных точек его поверхности до препятствия и подают сигнал, несущий информацию о L на исполнительное устройство (цифровой, звуковой или иной индикатор).The distance L from the bumper or specific points of its surface to the obstacle is determined and a signal is transmitted that carries information about L to the actuator (digital, sound or other indicator).
Паразитные сигналы могут формироваться путем отражения ультразвука от поверхностей, не подлежащих контролю, например от краев колеи, комков почвы, гравия и других объектов, расположенных ниже зоны контроля. С целью ослабления этих сигналов до уровня ниже порогового и усиления полезных сигналов в ряде случаев формируют асимметричную диаграмму направленности преобразователя на излучение и прием ультразвука, не чувствительную к низко расположенным отражающим объектам и чувствительную к остальным их видам в максимально широкой зоне. Характерным является то, что в способе, взятом за прототип, прослеживается горизонтальная ориентация излучения и приема ультразвукового импульса.Spurious signals can be generated by reflecting ultrasound from surfaces that are not subject to control, for example, from track edges, lumps of soil, gravel, and other objects located below the control zone. In order to attenuate these signals to a level below the threshold and to amplify useful signals, in some cases an asymmetric radiation pattern of the transducer is generated for ultrasound emission and reception, which is not sensitive to low-lying reflecting objects and sensitive to other types of them in the widest possible area. It is characteristic that in the method taken as a prototype, the horizontal orientation of the radiation and reception of the ultrasonic pulse is traced.
Эффективность способа возрастает с ростом характерной частоты (близкой по смыслу к частоте несущей) импульсного сигнала, поскольку с ростом частоты уменьшается длина волны. Это способствует росту разрешающей способности способа, уменьшению габаритов преобразователя. Рекомендуемые частоты [2] 40-250 кГц.The effectiveness of the method increases with increasing the characteristic frequency (close in meaning to the carrier frequency) of the pulse signal, since the wavelength decreases with increasing frequency. This helps to increase the resolution of the method, reducing the size of the Converter. Recommended frequencies [2] 40-250 kHz.
Недостатки способаThe disadvantages of the method
1. Специфика способа такова, что при измерении расстояния до сплошной поверхности при наличии на ней не сплошных фрагментов будет наблюдаться основная тенденция измерения расстояния именно до них, т.е. до не сплошной поверхности. Например, при измерении расстояния от рамы плуга до поверхности почвы при наличии на ней стерни, травы и др. Этим способом могут измеряться расстояния до поверхности этих объектов, что ведет к большим погрешностям измерения. Последнее обстоятельство вызвано прежде всего стремлением к использованию максимально больших характерных частот ультразвука в известном способе.1. The specificity of the method is such that when measuring the distance to a solid surface in the presence of non-continuous fragments on it, the main tendency to measure the distance to them, i.e. to a non-continuous surface. For example, when measuring the distance from the plow frame to the soil surface in the presence of stubble, grass, etc. On this method, the distances to the surface of these objects can be measured, which leads to large measurement errors. The latter circumstance is caused primarily by the desire to use the highest possible characteristic frequencies of ultrasound in the known method.
2. Горизонтальная ориентация ультразвуковых преобразователей, необходимая для реализации способа, способствует накоплению в области поверхности излучения - приема пыли, грязи и др., ухудшающих их работу или делающих их вовсе неработоспособными.2. The horizontal orientation of the ultrasonic transducers, necessary for the implementation of the method, contributes to the accumulation in the region of the surface of the radiation - the reception of dust, dirt, etc., worsening their work or making them completely inoperative.
3. Широкая диаграмма направленности, необходимая для поиска препятствий в максимально большой зоне обзора, приводит при измерениях расстояния до сплошной поверхности к сравнительно большому ультразвуковому пятну на ней, в котором формируется отраженный ультразвуковой сигнал. При неравномерностях поверхности, например комки почвы, сравнимых или превышающих характерную длину волны ультразвукового сигнала, на приемник ультразвука, отраженного от поверхности, придут сигналы, отраженные от различных участков неравномерного рельефа пятна. В этом случае их сумма приведет к неопределенной величине результирующего сигнала и возможно даже его уменьшение до уровня ниже порогового, что существенно снижает качество контроля расстояния до сплошной поверхности почвы при пахоте.3. The wide radiation pattern necessary to search for obstacles in the widest possible viewing area leads, when measuring the distance to a continuous surface, to a comparatively large ultrasonic spot on it, in which a reflected ultrasound signal is formed. In case of surface irregularities, for example, soil lumps, comparable or exceeding the characteristic wavelength of the ultrasonic signal, signals reflected from different parts of the uneven spot topography will arrive at the ultrasound receiver reflected from the surface. In this case, their sum will lead to an uncertain value of the resulting signal and it is even possible to decrease it to a level below the threshold, which significantly reduces the quality of control of the distance to a solid soil surface during plowing.
Как следует из вышеизложенного, основными проблемами при измерении расстояния до сплошной поверхности объекта (например, почвы) ультразвуковым методом являются:As follows from the above, the main problems when measuring the distance to a solid surface of an object (for example, soil) by the ultrasonic method are:
- влияние фрагментов не сплошной поверхности на результат измерения;- the effect of fragments of a non-continuous surface on the measurement result;
- влияние неравномерности рельефа сплошной поверхности (комки почвы, ямки, бугорки) сравнимой или превышающей по размерам характерную длину волны ультразвукового сигнала на результат измерения.- the effect of uneven relief of a continuous surface (lumps of soil, pit, tubercle) comparable or exceeding in size the characteristic wavelength of an ultrasonic signal on the measurement result.
Это приводит к неоправданно большим погрешностям измерения и к их недостаточно высокой надежности (измерение может состояться или не состояться).This leads to unreasonably large measurement errors and to their insufficiently high reliability (the measurement may or may not take place).
Одним из путей решения этих задач является понижение характерной частоты ультразвукового сигнала (увеличение длины волны), позволяющее ослабить и даже устранить влияние не сплошной поверхности на результат измерения.One of the ways to solve these problems is to lower the characteristic frequency of the ultrasonic signal (increasing the wavelength), which makes it possible to weaken and even eliminate the influence of a non-continuous surface on the measurement result.
Другим путем решения является сужение диаграммы направленности. В этом случае ситуация улучшается, поскольку возрастает удельный уровень сигнала, падающего на сплошную поверхность, возрастает эффективность работы ультразвукового преобразователя в режиме приема, уменьшается размер ультразвукового пятна в пределах которого формируется отраженный сигнал, делая его более дифференциальным по отношению к крупным неровностям рельефа.Another solution is narrowing the radiation pattern. In this case, the situation improves, since the specific level of the signal incident on a continuous surface increases, the efficiency of the ultrasonic transducer in the receiving mode increases, the size of the ultrasonic spot within which the reflected signal is formed, making it more differential with respect to large unevenness of the relief, decreases.
В то же время с уменьшением частоты ультразвука усложняется процесс сужения диаграммы направленности, растут габариты фокусирующих устройств (например, рупоров), снижается помехозащищенность датчиков. Таким образом, характерная частота ультразвукового сигнала должна быть достаточно низкой, чтобы снизить чувствительность способа к не сплошной поверхности, но достаточно высокой, чтобы возрастала эффективность сужения диаграммы направленности и чтобы длина волны не превышала характерного размера участка сплошной поверхности, принимаемого за участок с однородным рельефом.At the same time, with a decrease in the frequency of ultrasound, the process of narrowing the radiation pattern becomes more complicated, the dimensions of the focusing devices (for example, horns) increase, and the noise immunity of the sensors decreases. Thus, the characteristic frequency of the ultrasonic signal should be low enough to reduce the sensitivity of the method to a non-continuous surface, but high enough to increase the efficiency of narrowing the radiation pattern and so that the wavelength does not exceed the characteristic size of a solid surface region, taken as a region with a uniform relief.
При этом на результат измерения не должны влиять помехи, шумы и иные паразитные сигналы.At the same time, interference, noise and other spurious signals should not affect the measurement result.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении качества и надежности результатов измерения расстояния до сплошной поверхности объекта, за счет того, что устанавливают характерные частоты излучаемого ультразвукового сигнала и диаграмму его направленности, обеспечивающие высокое качество и надежность результатов измерения.The problem to which this invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in improving the quality and reliability of the results of measuring the distance to a solid surface of the object, due to the fact that establish the characteristic frequencies of the emitted ultrasonic signal and its radiation pattern, providing high quality and reliability of the results measurements.
Поставленная задача решается в способе определения расстояния до сплошной поверхности объекта, включающем излучение импульсного ультразвукового сигнала, формирование его диаграммы направленности, прием отраженного сигнала, измерение времени запаздывания принятого сигнала относительно излученного, при условии, что его уровень превышает пороговый, определении по этому времени расстояния от опорной точки, жестко связанной с поверхностью излучения до сплошной поверхности, причем устанавливают такую характерную частоту излучаемого ультразвукового сигнала и диаграмму его направленности, что достигают устойчивого приема ультразвукового сигнала, отраженного от сплошной поверхности, и превышающего заданный пороговый уровень при пренебрежимо малом уровне ультразвукового сигнала, отраженного от не сплошной поверхности и других паразитных сигналов, не достигающих порогового уровня, а соответствующая характерной частоте длина волны λ удовлетворяет следующему соотношению: ζ<λ<l,The problem is solved in a method for determining the distance to a solid surface of an object, including the emission of a pulsed ultrasonic signal, generating its radiation pattern, receiving a reflected signal, measuring the delay time of a received signal relative to the emitted signal, provided that its level exceeds the threshold, determining the distance from reference point, rigidly connected with the radiation surface to a solid surface, and establish such a characteristic frequency of the emitted ultrasonic signal and its radiation pattern, which achieve stable reception of an ultrasonic signal reflected from a solid surface and exceeding a predetermined threshold level with a negligible level of an ultrasonic signal reflected from a non-continuous surface and other spurious signals that do not reach a threshold level, but corresponding to a characteristic frequency wavelength λ satisfies the following relation: ζ <λ <l,
где ζ - характерный размер фрагментов, составляющих не сплошную поверхность, определяющий их отражательные свойства;where ζ is the characteristic size of the fragments making up a non-continuous surface that determines their reflective properties;
l - характерный размер участка сплошной поверхности, принимаемый за участок с однородным рельефом, определяющий допустимый размер ультразвукового пятна, а расстояние до сплошной поверхности определяют по расстоянию, измеренному от опорной точки, жестко связанной с поверхностью излучения, до точки, жестко связанной со сплошной поверхностью.l is the characteristic size of the solid surface area, taken as the area with a uniform relief, which determines the allowable size of the ultrasonic spot, and the distance to the solid surface is determined by the distance measured from the reference point, rigidly connected to the radiation surface, to the point, rigidly connected to the solid surface.
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что характерная частота и диаграмма направленности ультразвукового сигнала соответствуют длине волны, удовлетворяющей соотношению:Thus, the distinguishing features of the invention is that the characteristic frequency and radiation pattern of the ultrasonic signal correspond to a wavelength that satisfies the ratio:
ζ≤λ≤lζ≤λ≤l
а расстояние измеряют от опорной точки, жестко связанной с поверхностью излучения до точки, жестко связанной со сплошной поверхностью.and the distance is measured from a reference point rigidly connected to the radiation surface to a point rigidly connected to a solid surface.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в возрастании качества и надежности результатов измерения расстояния до сплошной поверхности объекта.The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result, which consists in increasing the quality and reliability of the results of measuring the distance to a solid surface of an object.
Пример реализации заявляемого способаAn example implementation of the proposed method
Способ опробован в лабораторных условиях на макете. Макет представлял собой ультразвуковой преобразователь, работающий как на излучение, так и на прием ультразвука на характерной частоте около 40 кГц (λ≈8 мм), размещенный на корпусе, содержащем электронные блоки. Макет размещали так, что излучение и прием ультразвука осуществлялись по вертикали на расстоянии от 50 до 130 см от отражающей поверхности. При этом была предусмотрена возможность надевать на преобразователь рупорные насадки, сужающие диаграмму его направленности от 75° до 40° и 30°.The method is tested in laboratory conditions on the layout. The layout was an ultrasonic transducer operating both for radiation and for receiving ultrasound at a characteristic frequency of about 40 kHz (λ≈8 mm), placed on a housing containing electronic components. The layout was placed so that the radiation and reception of ultrasound were carried out vertically at a distance of 50 to 130 cm from the reflective surface. At the same time, it was possible to put on the horn nozzles on the converter, narrowing its directional pattern from 75 ° to 40 ° and 30 °.
1. Измерение расстояния до образца сплошной поверхности в виде фрагмента почвы размером 1×1 м с остатками травы, стерни.1. Measurement of the distance to a sample of a continuous surface in the form of a soil fragment 1 × 1 m in size with the remains of grass and stubble.
Установлено, что в диапазоне 55-125 см расстояний до почвы, оно измеряется с помощью макета с погрешностью около ±1 см по отношению к результатам измерения рулеткой.It was found that in the range of 55-125 cm of distance to the soil, it is measured using a model with an error of about ± 1 cm with respect to the measurement results by tape measure.
В отдельных положениях макета над различными участками фрагмента почвы, принятый им сигнал падал до уровня ниже опорного. Снижение опорного уровня приводило к неустойчивости принятого сигнала, а с ним и к неустойчивости результата измерений расстояния.In certain positions of the model above different parts of the soil fragment, the signal received by it fell to a level below the reference one. A decrease in the reference level led to instability of the received signal, and with it to instability of the result of distance measurements.
Применение рупорной насадки, сужающей диаграмму направленности до 30° позволило полностью устранить этот дефект.The use of a horn nozzle, narrowing the radiation pattern to 30 °, completely eliminated this defect.
2. Измерение расстояния до образца сплошной поверхности в виде фрагмента почвы - песка, размером ≈⌀70 см было установлено, что создание в нем бугорков и углублений позволяет создать ситуацию, когда отраженный сигнал, формируемый в ультразвуковом пятне, будучи принят преобразователем, падал практически до нуля. Сужением диаграммы направленности до 30° достигалось существенное уменьшение размеров ультразвукового пятна, увеличение эффективности работы преобразователя.2. Measurement of the distance to the sample of a continuous surface in the form of a soil fragment - sand, size ≈⌀70 cm, it was found that the creation of tubercles and depressions in it allows you to create a situation where the reflected signal formed in the ultrasonic spot, when received by the transducer, fell almost to zero. By narrowing the radiation pattern to 30 °, a significant decrease in the size of the ultrasonic spot, an increase in the efficiency of the transducer, was achieved.
В этом случае, в тех же условиях упомянутый сигнал был устойчиво выше опорного уровня и дефект был устранен. Увлажнение поверхности не приводило к изменению сигнала, что обусловлено особенностью ультразвука эффективно отражаться от границы раздела двух сред с аномально различными акустическими импедансами.In this case, under the same conditions, said signal was stably above the reference level and the defect was eliminated. Moistening of the surface did not lead to a change in the signal, which is due to the peculiarity of ultrasound to be effectively reflected from the interface between two media with abnormally different acoustic impedances.
3. Измерение расстояния до образца сплошной поверхности в виде почвы с крупными уплотненными валиками сухой травы (крайне редко встречающимися на практике).3. Measurement of the distance to the sample of a continuous surface in the form of soil with large compacted rollers of dry grass (extremely rare in practice).
Измерения показали, что такие плотные образования ограничивают область применения способа, однако, если на такой валик поместить пластину, приминающую его, то эффективность способа восстанавливается, если измерять расстояние до пластины, как поверхности состоящей из точек, жестко связанных со сплошной поверхностью почвы. Роль такой пластины может выполнять колесо трактора и измерение может свестись к измерению расстояния между рамой плуга и точкой на тракторе, жестко с ним связанной.Measurements showed that such dense formations limit the scope of the method, however, if a plate pressing on it is placed on such a roller, then the effectiveness of the method is restored by measuring the distance to the plate, as a surface consisting of points rigidly connected to a solid surface of the soil. The role of such a plate can be performed by the tractor wheel and the measurement can be reduced to measuring the distance between the plow frame and the point on the tractor rigidly connected with it.
Было также установлено, что при снятии пластины (весом около 5 кг) с валика, он оставался прижатым к почве, и эффективность способа восстанавливалась. В полевых условиях этот эффект достигается измерением расстояния от рамы плуга до поверхности почвы в колее колеса трактора.It was also found that when removing the plate (weighing about 5 kg) from the roller, it remained pressed to the soil, and the effectiveness of the method was restored. In the field, this effect is achieved by measuring the distance from the plow frame to the soil surface in the rut of the tractor wheel.
ЛитератураLiterature
1. В.А.Красильников. Звуковые волны. М.-Л., Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951, с.55, 56; с.245-259.1. V.A.Krasilnikov. Sound waves. M.-L., State Publishing House of Technical and Theoretical Literature, 1951, p. 55, 56; p. 245-259.
2. Компоненты и технологии №2, 2007, часть 5. Ультразвуковые датчики, с.30-35.2. Components and technologies No. 2, 2007, part 5. Ultrasonic sensors, p.30-35.
3. Г.Р.Бурдун, Б.Н.Марков. Основы метрологии. М., Изд. Стандартов, 1975, с.8, 9.3. G.R. Burdun, B.N. Markov. Fundamentals of Metrology. M., ed. Standards, 1975, p. 8, 9.
Claims (2)
ζ<λ<l,
где ζ - характерный размер фрагментов, составляющих не сплошную поверхность, определяющий их отражательные свойства;
l - характерный размер участка сплошной поверхности, принимаемый за участок с однородным рельефом, определяющий допустимый размер ультразвукового пятна. 2. The method according to claim 1, characterized in that the wavelength λ corresponding to a characteristic frequency satisfies the following relation:
ζ <λ <l,
where ζ is the characteristic size of the fragments making up a non-continuous surface that determines their reflective properties;
l is the characteristic size of the area of the continuous surface, taken as the area with a uniform relief, which determines the allowable size of the ultrasonic spot.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008115804/28A RU2391627C2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method of determining distance to object solid surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008115804/28A RU2391627C2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method of determining distance to object solid surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008115804A RU2008115804A (en) | 2009-10-27 |
| RU2391627C2 true RU2391627C2 (en) | 2010-06-10 |
Family
ID=41352640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008115804/28A RU2391627C2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method of determining distance to object solid surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2391627C2 (en) |
-
2008
- 2008-04-24 RU RU2008115804/28A patent/RU2391627C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Компоненты и технологии, №2, 2007, ч.5. Ультразвуковые датчики, с.30-35. Тюрина A.M., Сташкевича А.П., Таранова Э.С. Основы гидроакустики. - Л.: СУДОСТРОЕНИЕ, 1966. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008115804A (en) | 2009-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jackson et al. | High‐frequency bottom backscatter measurements in shallow water | |
| JP4633565B2 (en) | River data measurement method and apparatus | |
| Aubauer et al. | One-hydrophone method of estimating distance and depth of phonating dolphins in shallow water | |
| CN112083404B (en) | Single-vector hydrophone sound source depth estimation method based on multi-path feature matching | |
| Sabra et al. | Experimental demonstration of iterative time-reversed reverberation focusing in a rough waveguide. Application to target detection | |
| CN102107723B (en) | Method using side-scan sonar to measure tonnage of ship | |
| Kiani et al. | Automatic on-line depth control of seeding units using a non-contacting ultrasonic sensor | |
| CN103471998B (en) | Thermoplastic material reflection and transmission coefficients laser measurement system | |
| CA2016373A1 (en) | Subsea subsurface objects anticollision sonar | |
| CN108680234A (en) | A kind of water-depth measurement method of quarice layer medium | |
| JP4888484B2 (en) | Metallic tissue material measuring device | |
| RU2391627C2 (en) | Method of determining distance to object solid surface | |
| US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
| JP2009264965A (en) | Underwater sailing body and obstacle detection apparatus | |
| US20220151170A1 (en) | Ground surface condition sensing in irrigation systems | |
| JPH036408A (en) | Measuring apparatus for shape of underwater object by use of laser | |
| CN116893220A (en) | Laser ultrasonic workpiece defect quantitative positioning nondestructive testing method and device | |
| RU97116654A (en) | METHOD FOR MEASURING DISTANCE TO CONTROLLED OBJECT (ITS OPTIONS) | |
| Sathishkumar et al. | Echo sounder for seafloor object detection and classification | |
| Kozhushko et al. | Attenuation of ultrasound in severely plastically deformed nickel | |
| RU2400778C1 (en) | Method for profiling of bottom deposits | |
| JPH1123704A (en) | Method and instrument for underwater measurement | |
| RU2299430C1 (en) | Electromagnetic-acoustic fault finder for control of railway rails | |
| JP2010190682A (en) | Method and apparatus for exploring and classifying object in the bottom of water | |
| RU2050559C1 (en) | Active sonar for detection of objects near bottom, on bottom and in near-surface layer of bottom |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120425 |