WO2015060750A1 - Генератор зондирующих сигналов - Google Patents

Генератор зондирующих сигналов Download PDF

Info

Publication number
WO2015060750A1
WO2015060750A1 PCT/RU2014/000791 RU2014000791W WO2015060750A1 WO 2015060750 A1 WO2015060750 A1 WO 2015060750A1 RU 2014000791 W RU2014000791 W RU 2014000791W WO 2015060750 A1 WO2015060750 A1 WO 2015060750A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
inputs
input
output
trigger
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000791
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Павлович ТАРАСОВ
Виталий Николаевич МАКСИМОВ
Василий Алексеевич ВОРОНИН
Лев Романович МЕРКЛИН
Антон Юрьевич ПЛЕШКОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
Publication of WO2015060750A1 publication Critical patent/WO2015060750A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/341—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
    • G01N29/343—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics pulse waves, e.g. particular sequence of pulses, bursts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal

Definitions

  • the invention relates to generator paths of acoustic echo pulse locators.
  • the predominant area of use is sonar, ultrasonic flaw detection.
  • a known probe signal generator containing a synchronizer, a pulse generator, a sinusoidal signal generator and a power amplifier (see Kobyakov Yu.S., Kudryavtsev N.N., Timoshenko V.I. Construction of sonar fishing equipment. - L. Shipbuilding, 1986 )
  • the synchronizer periodically generates pulsed signals that trigger a waiting multivibrator, at the output of which video pulses of a given duration are generated, which are fed to the control input of the sinusoidal signal generator and enable its operation. Radio pulses from its output go to a power amplifier, and then to an acoustic transducer.
  • the probing signal generator containing a synchronizer, a waiting multivibrator, and a sinusoidal generator is free from a number of the listed disadvantages. a signal, an analog switch, a power amplifier (see Khrebtov A.A. et al. Ship echo sounders. - L. Sudostroenie, 1982. P. 18.)
  • the synchronizer periodically generates pulsed signals that trigger a waiting multivibrator, the output of which is formed by video pulses of a given duration, which are fed to the control input of a normally closed analog switch, to the signal input of which a continuous harmonic signal is supplied from the sinusoidal signal generator.
  • a video pulse opens an analog key, a harmonic signal passes through it and enters the power amplifier, and then to the acoustic transducer.
  • the radio pulses generated at the output of the analog switch have an arbitrary initial phase in the range 0 - 2 ⁇ , since the sinusoidal signal generator and synchronizer operate independently from each other: the leading edge of the video pulse that opens the analog key can coincide with any part of the sinusoidal signal, p the radio pulses at the output of the key can start from any initial phase. This leads to the fact that a detailed view of the generated pulse is difficult without the use of an oscilloscope with memory in the viewing mode of a single signal.
  • a known generator of sounding signals (US Pat. RF ⁇ ° 2362184, IPC G01S 13/32, published July 20, 2009), comprising a synchronizer connected via a standby multivibrator to the D-input of a D-trigger, and a sinusoidal signal generator connected through a comparator with the control input of the D-flip-flop and with the signal input of an analog switch, the control input of which is connected to the output of the D-flip-flop, and the output - with the input of the power amplifier.
  • the synchronizer generates periodically repeating pulse signals supplied to the input of the waiting multivibrator, the output of which produces a video pulse that determines the duration of the probing signal generated, which is fed to the D-input of the D-trigger.
  • the sinusoidal oscillator generates a continuous harmonic signal supplied to the signal input of a normally closed analog key and to a comparator, the output of which is a sequence of video pulses corresponding to any part of the harmonic signal (for example, its half-wave of positive polarity), which is then transmitted to the control input D- trigger.
  • video pulses are formed, the beginning and end of which will correspond to the leading edges of the video pulses formed in the comparator.
  • radio pulses arrive at the control input of a normally closed analog key, open it and radio pulses are formed at the output of the key, which are transmitted to the input of the power amplifier.
  • the harmonic signal in radio pulses will always begin and end with the same phase, that is, probing signals with a constant initial and final phase will be formed.
  • a probe signal generator adopted for the prototype (US Pat. RF N ° 97535, IPC G01N29 / 04, published September 10, 2010), containing a synchronizer connected via a standby multivibrator to the D-input of the D-trigger, generator sinusoidal signals connected through a comparator to the control inputs of the second and third D-flip-flops, the output of the second D-flip-flop is connected to the D-input of the third D-flip-flop, with the control input of the D-flip-flop and with one of the inputs of the first logic element 2I, one of the inputs second logical element 2I is connected to the inverse output of the second D-trigger, and the second inputs of the logic elements are connected to the output of the D-trigger; the inverse output of the third D-trigger is connected to the D-input of the second D-trigger, and the outputs of the logic elements 2I are connected to the inputs of the power amplifier.
  • the synchronizer generates periodically repeating video pulses arriving at the input of the waiting multivibrator, the output of which produces a video pulse that determines the duration of the generated probing signal. This video pulse arrives at the D-input of the D-trigger.
  • the sinusoidal oscillator generates a continuous harmonic signal with a frequency of 4f 0 , fed to the input of the comparator, at the output of which receive video pulses with the same frequency, then fed to the control inputs of the second and third D-flip-flops.
  • a signal with frequency f 0 is fed to the D-input of the third D-flip-flop, to the control input of the D-flip-flop, and also to one of the inputs of the first logic element 2I.
  • the pulse signal is fed to the D-input of the second D-trigger.
  • signals are generated having a frequency f 0 and a phase of 0, 180, 90 and 270 degrees, respectively. These signals enter the receiving path of the locator and are used for synchronous detection or other types of processing of echo signals.
  • the voltage from the inverse output of the second D-flip-flop is supplied to one of the inputs of the second logic element 2I, voltage is applied to the second inputs of the logical elements 2I, which is removed from the output of the D-flip-flop and represents a video pulse, the beginning and end of which will be tied to a signal with frequency fo. Bursts are formed at the outputs of the logic elements. out-of-phase pulsed signals arriving at the inputs of a power amplifier operating in class D, and from its output a probing signal with a constant initial phase is fed to an acoustic transducer.
  • the graph of K g shows the harmonic coefficient, defined as the ratio of the effective value of the higher harmonics of the signal U n to the effective value of its first (main) harmonic Ui :
  • the main objective of the claimed device is to create a generator that allows high reliability to generate sounding signals, while allowing to expand the operational capabilities of the echo-location system using the inventive sounding generator.
  • the technical result is achieved by the fact that in the generator of sounding signals containing a synchronizer and a pulse generator connected to the D-input of the D-trigger, the output of which is connected to one of the inputs of the key, the output connected to one of the inputs of the power amplifier, an additional code converter, generator video pulses and a code generator connected to a code converter, the outputs of which are connected to the inputs of the video pulse generator and the C-input of the D-trigger, and the outputs of the video pulse generator are connected to other key inputs.
  • the code generator be performed primarily in the form of a pulse generator and a counter, while the pulse generator is connected to the counter input, the outputs of which are connected to the inputs of the code converter.
  • the code converter is predominantly implemented as a decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the code generator, and the outputs are connected to the inputs of the video pulse generator.
  • Improving the reliability of the probe generator is achieved by eliminating the possibility of through currents in the active elements of the power amplifier due to the introduction of a time delay between the antiphase control signals formed by the code generator, code converter and video pulse generator.
  • the expansion of the operational capabilities of the echo-location system using the inventive probe signal generator is achieved by the presence of two reference signals shifted by 90 ° in phase with a frequency equal to the frequency of the probe signal generated by the code generator, code converter, and video pulse generator.
  • figure 1 shows a graph of harmonic levels from first to seventh depending on the value of ⁇
  • FIG. 2 shows a functional diagram of a device
  • FIG. Figure 3 shows stress plots at its various points.
  • the probe signal generator (Fig. 2) contains a synchronizer 1 connected through a pulse generator 2 to the D-input of the D-trigger 3, the output of which is connected to the first input of the key 4, connected to the input of the power amplifier 5.
  • the code generator 6 is connected by lines to the code converter 7, the output lines of which are connected to the C-input of the D-flip-flop 3 and the video pulse generator 8, the outputs of which are connected to the inputs of the key 4.
  • Synchronizer 1 is a generator of periodically repeating rectangular pulses that trigger the pulse generator of 2, in one embodiment, configured as a monostable multivibrator.
  • the key 4, which controls the active elements of the power amplifier 5, is made in the form of two logic elements 9 and 10, the first inputs of which are connected to the output of the D-trigger 3, and the second inputs are connected to the first two outputs of the video pulse generator 8.
  • the code generator 6 is made in the form of a generator pulses 11 connected to the counting input of the counter 12, the outputs of which are connected to the inputs of the code converter 7, which is a decoder, the output lines of which are connected to the inputs of the video pulse generator 8, consisting of two three-input 13, 14 and two four-input 15, 16 logical elements OR.
  • the first and fourth outputs of the decoder are connected to the inputs of the first four-input logic element OR 15, the third is the sixth with the inputs of the second four-input logic element OR 16, the first is the third with the inputs of the third three-input logic element OR 13, and the fifth is the seventh with the inputs of the fourth three-input logic element OR 14 , the first output is also connected to the control input of the D-trigger 3.
  • the output of the third logical element OR 13 is connected to the second input of the first logical element AND 9, and the output of the fourth logical element cient OR 14 is connected to a second input of the second AND gate 10.
  • Synchronizer 1 produces periodically repeating video pulses U1
  • Pulse generator 1 1 generates pulses U3 with a frequency eight times higher than the frequency of the high-frequency filling of the probe signal, which are fed to the counter input of counter 12. From the outputs of counter 12, the digital word U4 is fed to the inputs of the decoder 7, the outputs of which are generated signals U5 corresponding to the value of the decrypted digital word, and having a high active level. Further work is considered for the case of using a three-digit binary counter 12. In this case, the decoder 7 has eight outputs.
  • the incoming signals U5 and at the outputs of the elements signals U6 and U7 are formed, phase shifted by 90 ° with a frequency equal to the frequency of the probing signal. These signals are then fed to the receiver path of the locator and used for synchronous detection and other types of processing of echo signals.
  • the signals U5, taken from the first and third outputs of the decoder, are fed to the inputs of the third three-input logic element OR 13, and from the fifth - seventh to the inputs of the fourth three-input logic element OR 14. From the output of the third logical element OR 13, the signal U8 is fed to the second input of the first the logical element And 9, and from the output of the fourth logical element OR 14, the signal U9 is fed to the second input of the second logical element And 10.
  • the signals U8 and U9 are a sequence of video pulses with durations of about 0.375 p IRS probing signal, and with pauses between about 0,125 period.
  • the signal U5 is also sent to the control input of the D-trigger and, with its leading edge, writes a logical unit to the trigger when a video pulse U2 is applied to the D-input of the trigger.
  • a video pulse U2 is applied to the D-input of the trigger.
  • This video pulse U10 enters the second inputs of the logical elements And 9 and 10 and allows the signals U8 and U9 to pass through these elements.
  • packets of antiphase pulse signals U1 1 and U12 are formed with pauses between them.
  • a probing signal U13 with a constant initial phase is generated, which is fed to an acoustic transducer (not shown in the drawings).
  • the power amplifier 5 operates in mode D with low electrical loss on the active elements of the amplifier.
  • the expansion between the amplified signals Ul l U12 prevents the appearance of through currents in the active elements of the amplifier, and the magnitude of the expansion corresponds to the minimum value of the higher harmonic components of the signal.
  • the signal in U13 radio pulses will always begin and end with the same phase, which ensures the formation of sounding signals with a constant initial and final phase.
  • the signal U10 will correspond to the beginning and end of the probing signal U13 and is then used as a synchronization pulse, temporarily linking the operating cycles of all blocks of the echo-pulse locator.
  • the parameters of the probe signal in this generator are easily adjustable.
  • the repetition period will be equal to the period of the clock pulses U3, the duration is determined by the duration of the video pulse U2, and the filling frequency is determined by the frequency of the signal U3.
  • synchronizer 1 can be performed on elements of the K561LN2 chip, waiting for the multivibrator 2 and D-trigger 3 - on the K561TM2 chip, counter 12 and decoder 7 - on the K561IE9 chip, digital elements OR 13, 14, 15, 16 and elements I 9, 10 - on the chips K1533LL1 and K1533LI1.
  • the power amplifier 5 can be performed, for example, according to the circuits described quite fully in the works (Pavlov V.N., Nogin V.N. Circuitry of analog electronic devices. - M. Radio and communications. 1997. 320 s, Kibakin V.M. Fundamentals of the theory and calculation of transistor low-frequency power amplifiers. - M. Energia. 1969. 280s).
  • Signals U1 and U3 can be generated by separate generators or, for example, by a microprocessor system. Tests of locators using the proposed probe signal generator have shown their advantage over existing implementations.
  • the claimed invention allows to create a probe signal generator with high reliability and enhanced operational capabilities.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия. Генератор зондирующих сигналов содержит синхронизатор и импульсный генератор, соединенный с D-входом D-триггера, выход которого подключен к одному из входов ключа, выходом подключенного к одному из входов усилителя мощности, преобразователь кодов, генератор видеоимпульсов и генератор кодов, соединенный с преобразователем кодов, выходы которого соединены с входами генератора видеоимпульсов и С-входом D-триггера, а выходы генератора видеоимпульсов соединены с другими входами ключа. Введение временной раздвижки между противофазными управляющими сигналами усилителя мощности класса D исключает возможность возникновения сквозных токов в активных элементах, что позволяет значительно повысить надежность зондирующего генератора и сформировать зондирующий сигнал с постоянной начальной и конечной фазой, который подается на акустический преобразователь. Наличие двух сдвинутых по фазе на 90° опорных сигналов с частотой, равной частоте зондирующего сигнала, сдвинутых по фазе на 90° с частотой, равной частоте зондирующего сигнала, позволяет использовать методы синхронного детектирования и другие виды обработки эхо-сигналов, что значительно расширяет эксплуатационные возможности генератора.

Description

Генератор зондирующих сигналов.
Область техники
Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия.
Предшествующий уровень техники
Известен генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала и усилитель мощности (см. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л. Судостроение, 1986 г.).
Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие ждущий мультивибратор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход генератора синусоидального сигнала и разрешающие его работу. Радиоимпульсы с его выхода поступают на усилитель мощности, а затем на акустический преобразователь.
Причинами, препятствующими достижению технического результата являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные невысоким коэффициентом полезного действия усилителя мощности класса В, в пределе достигающего 78% при усилении аналоговых синусоидальных сигналов (см. Цыкина А.В. Проектирование усилителей низкой частоты. - М. Связь, 1968 г.). При приёме эхо-сигналов отсутствует генерация сигнала с частотой зондирующего сигнала необходимого, например, для определения доплеровского смещения частоты эхо- сигналов (см. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. - М. Пищевая промышленность, 1980 г.), а также двух опорных сигналов с частотой равной частоте зондирующего сигнала, сдвинутых на 90° относительно друг друга, необходимых для синхронного детектирования эхо-сигналов и ряда других видов их обработки (см. Банков В.Н. и др. Радиоприёмные устройства. - М. Радио и связь, 1984 г. С. 42 -43).
Признаки, совпадающие с заданным объектом: синхронизатор, ждущий мультивибратор, усилитель мощности.
От ряда перечисленных недостатков свободен генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, ждущий мультивибратор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ, усилитель мощности (см. Хребтов А.А. и др. Судовые эхолоты. - Л. Судостроение, 1982. С. 18.)
Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие ждущий мультивибратор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа, на сигнальный вход которого с генератора синусоидального сигнала поступает непрерывный гармонический сигнал. Видеоимпульс открывает аналоговый ключ, гармонический сигнал проходит через него и поступает на усилитель мощности, а затем, на акустический преобразователь.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные невысоким коэффициентом полезного действия усилителя мощности класса В. Радиоимпульсы, формируемые на выходе аналогового ключа, имеют произвольную начальную фазу, находящуюся в интервале 0 - 2π, поскольку генератор синусоидальных сигналов и синхронизатор работают независимо друг от друга: передний фронт видеоимпульса, открывающего аналоговый ключ, может совпадать с любой частью синусоидального сигнала, поэтому радиоимпульсы на выходе ключа могут начинаться с любой начальной фазы. Это приводит к тому, что подробный просмотр формируемого радиоимпульса затруднен без использования осциллографа с памятью в режиме просмотра однократного сигнала. После детектирования эхо-сигналов получаются видеоимпульсы с разной крутизной фронтов, что приводит к дополнительной погрешности при определении временных интервалов между началом цикла лоцирования и временем прихода эхо-импульса. При подаче зондирующего сигнала с изменяемой начальной фазой на акустический преобразователь, а также эхо-сигналов на избирательные системы резонансных усилителей, происходит изменение огибающей и фазовой структуры получаемых акустических сигналов и усиленных эхо- сигналов (см. Золотарёв И.Д. Нестационарные процессы в резонансных усилителях фазово-импульсных измерительных систем. - Новосибирск, Наука, 1969. 176с), что также приводит к дополнительным погрешностям при определении амплитуды и времени прихода эхо-сигналов. Кроме того, между зондирующими сигналами отсутствуют опорные сигналы с фазой, сдвинутой на 90° относительно друг друга, что не позволяет обрабатывать эхо-сигналы, используя оптимальные алгоритмы обработки для радиоимпульсов с произвольной начальной фазой, например, синхронное детектирование. Признаки, совпадающие с заявляемым генератором: синхронизатор, ждущий мультивибратор и усилитель мощности.
Известен генератор зондирующих сигналов (пат. РФ Ν°2362184, МПК G01S 13/32, опубл. 20.07.2009 г.), содержащий синхронизатор, соединённый через ждущий мультивибратор с D-входом D-триггера, и генератор синусоидальных сигналов, соединённый через компаратор с входом управления D-триггера и с сигнальным входом аналогового ключа, вход управления которого соединён с выходом D-триггера, а выход - с входом усилителя мощности.
Синхронизатор генерирует периодически повторяющиеся импульсные сигналы, поступающие на вход ждущего мультивибратора, на выходе которого вырабатывается видеоимпульс, определяющий длительность формируемого зондирующего сигнала, поступающий на D-вход D-триггера. Генератор синусоидальных колебаний вырабатывает непрерывный гармонический сигнал, поступающий на сигнальный вход нормально закрытого аналогового ключа и на компаратор, на выходе которого получается последовательность видеоимпульсов, соответствующая какой-либо части гармонического сигнала (например, его полуволне положительной полярности), передающаяся затем на вход управления D-триггера. На выходе D-триггера формируются видеоимпульсы, начало и конец которых будут соответствовать передним фронтам видеоимпульсов, формируемых в компараторе. Эти видеоимпульсы поступают на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа, открывают его и на выходе ключа формируются радиоимпульсы, которые передаются на вход усилителя мощности. Гармонический сигнал в радиоимпульсах будет начинаться и заканчиваться всегда с одной и той же фазы, то есть будут формироваться зондирующие сигналы с постоянной начальной и конечной фазой.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что в приёмный тракт локатора с генератора зондирующих сигналов подают опорный сигнал только с одной фазой, что является недостаточным для синхронного детектирования эхо- сигналов имеющих случайную начальную фазу. Для выполнения синхронного детектирования необходимо использовать два опорных сигнала, сдвинутых по фазе на 90° (см. Зюко А. Г. и др. Теория передачи сигналов. - М. Радио и связь, 1986. С. 189; Яковлев А. Н., Каблов Г. П. Гидролокаторы ближнего действия. - Л. Судостроение, 1983. С. 99; Банков В.Н. и др. Радиоприёмные устройства. - М. Радио и связь, 1984. С.42-43). Следует отметить также невысокий коэффициент полезного действия усилителя мощности, работающего в классе В.
Признаки, совпадающие с заявленным генератором: синхронизатор, ждущий мультивибратор, D-триггер и усилитель мощности.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является принятый за прототип генератор зондирующих сигналов (пат. РФ N° 97535, МПК G01N29/04, опубл. 10.09.2010 г.), содержащий синхронизатор, соединённый через ждущий мультивибратор с D-входом D-триггера, генератор синусоидальных сигналов, соединенный через компаратор с входами управления второго и третьего D-триггеров, выход второго D-триггера соединен с D-входом третьего D-триггера, с управляющим входом D-триггера и с одним из входов первого логического элемента 2И, один из входов второго логического элемента 2И соединен с инверсным выходом второго D- триггера, а вторые входы логических элементов соединены с выходом D-триггера; инверсный выход третьего D-триггера соединен с D-входом второго D-триггера, а выходы логических элементов 2И соединены с входами усилителя мощности.
Синхронизатор вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы, поступающие на вход ждущего мультивибратора, на выходе которого вырабатывается видеоимпульс, определяющий длительность формируемого зондирующего сигнала. Этот видеоимпульс поступает на D-вход D-триггера. Генератор синусоидальных колебаний вырабатывает непрерывный гармонический сигнал с частотой 4f0, поступающий на вход компаратора, на выходе которого получают видеоимпульсы с такой же частотой, поступающие затем на входы управления второго и третьего D- триггеров. С выхода второго D-триггера сигнал с частотой f0 поступает на D-вход третьего D-триггера, на управляющий вход D-триггера, а также на один из входов первого логического элемента 2И. С инверсного выхода третьего D-триггера импульсный сигнал поступает на D-вход второго D-триггера. На выходах второго и третьего D-триггеров формируются сигналы, имеющие частоту f0 и фазу соответственно 0, 180, 90 и 270 градусов. Эти сигналы поступают в приемный тракт локатора и используются для синхронного детектирования или других видов обработки эхо-сигналов. Напряжение с инверсного выхода второго D-триггера поступает на один из входов второго логического элемента 2И, на вторые входы логических элементов 2И подается напряжение, снимаемое с выхода D-триггера и представляющее собой видеоимпульс, начало и конец которого будут привязаны к сигналу с частотой fo. На выходах логических элементов формируются пачки противофазных импульсных сигналов, поступающие на входы усилителя мощности, работающего в классе D, а с его выхода зондирующий сигнал с постоянной начальной фазой подается на акустический преобразователь.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является недостаточная надежность, обусловленная тем, что на входы усилителя мощности подаются противофазные видеоимпульсы, следующие друг за другом без временных интервалов. Это приводит к появлению сквозных токов в активных элементах усилителей мощности, соизмеримых с предельно допустимыми или превышающими их значения, что влечет за собой выход из строя активных элементов усилителя мощности. Для предотвращения подобных явлений, зачастую, на входах усилителей мощности устанавливают дополнительные блоки, укорачивающие входные видеоимпульсы, выполняющие, так называемую, раздвижку импульсов (см. Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М. Радио и связь. 1997. 320 с). Однако применение таких блоков приводит к усложнению конструкции усилителей мощности и уменьшению длительности импульсных сигналов на постоянную величину, что влечет за собой изменение скважности импульсов, и, как следствие, спектра зондирующего сигнала (см. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986. 376с).
На фиг.1 показаны уровни семи гармоник зондирующего сигнала в зависимости от величины γ = 2tH / Т, где Т - период высокочастотного заполнения зондирующего сигнала, tH - длительность разнополярных импульсов. График Кг показывает коэффициент гармоник, определяемый как отношение действующего значения высших гармоник сигнала Un к действующему значению первой (основной) его гармоники Ui :
Figure imgf000007_0001
Как видно из графика, минимальное значение коэффициента гармоник Кг = 29%. соответствует значению γ = 0,74. Поэтому для получения зондирующего сигнала с наименьшими искажениями желательно подавать на акустический преобразователь зондирующий сигнал с постоянной величиной γ примерно равной 0,74, что не реализуется в известных устройствах.
Признаки, совпадающие с заявленным генератором: синхронизатор, ждущий мультивибратор, D-триггер, два логических элемента 2И и усилитель мощности. Раскрытие изобретения
Основной задачей заявляемого устройства является создание генератора, позволяющего с высокой надежностью генерировать зондирующие сигналы, при этом позволяющего расширить эксплуатационные возможности эхо-локационной системы, использующей заявляемый генератор зондирующих сигналов.
Технический результат достигается тем, что в генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор и импульсный генератор, соединённый с D-входом D- триггера, выход которого подключен к одному из входов ключа, выходом подключенного к одному из входов усилителя мощности, дополнительно введены преобразователь кодов, генератор видеоимпульсов и генератор кодов, соединённый с преобразователем кодов, выходы которого соединены с входами генератора видеоимпульсов и С-входом D-триггера, а выходы генератора видеоимпульсов соединены с другими входами ключа.
Рационально в генераторе зондирующих сигналов выполнить ключ преимущественно в виде двух логических элементов 2И, первые входы которых соединены с выходом D-триггера, а выходы подключены к входам усилителя мощности.
Рекомендуется в генераторе зондирующих сигналов генератор кодов выполнить преимущественно в виде генератора импульсов и счетчика, при этом генератор импульсов соединен с входом счетчика, выходы которого соединены с входами преобразователя кодов.
Оптимально в генераторе зондирующих сигналов преобразователь кодов выполнить преимущественно в виде дешифратора, входы которого соединены с выходами генератора кодов, а выходы подключены к входам генератора видеоимпульсов .
Рационально в генераторе зондирующих сигналов генератор видеоимпульсов выполнить преимущественно в виде четырех логических элементов ИЛИ, причем первый - четвёртый выходы преобразователя кодов соединить с входами первого четырёхвходового логического элемента ИЛИ, третий - шестой с входами второго четырёхвходового логического элемента ИЛИ, первый - третий с входами третьего трёхвходового логического элемента ИЛИ, пятый - седьмой с входами четвёртого трёхвходового логического элемента ИЛИ, первый выход соединить с управляющим входом D-триггера; выход третьего логического элемента ИЛИ соединить с одним из входов ключа, а выход четвёртого логического элемента ИЛИ соединить с вторым входом ключа.
Оптимально в генераторе зондирующих сигналов в качестве усилителя мощности применить усилитель мощности класса D.
Повышение надежности зондирующего генератора достигается путем исключения возможности возникновения сквозных токов в активных элементах усилителя мощности за счет введения временной раздвижки между противофазными управляющими сигналами, сформированной генератором кодов, преобразователем кодов и генератором видеоимпульсов.
Расширение эксплуатационных возможностей эхо-локационной системы, использующей заявляемый генератор зондирующих сигналов, достигается наличием двух сдвинутых по фазе на 90° опорных сигналов с частотой, равной частоте зондирующего сигнала, сформированных генератором кодов, преобразователем кодов и генератором видеоимпульсов.
Краткое описание фигур чертежей
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 приведён график уровней гармоник с первой по седьмую в зависимости от величины γ;
на фиг. 2 показана функциональная схема устройства;
на фиг. 3 изображены эпюры напряжений в его различных точках.
Генератор зондирующих сигналов (фиг. 2) содержит синхронизатор 1, соединенный через импульсный генератор 2 с D-входом D-триггера 3, выход которого подключен к первому входу ключа 4, соединенного с входом усилителя мощности 5. Генератор кодов 6 соединен линиями с преобразователем кодов 7, выходные линии которого подключены к С-входу D-триггера 3 и генератору видеоимпульсов 8, выходы которого соединены с входами ключа 4. Синхронизатор 1 представляет собой генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы, запускающих импульсный генератор 2, в одном из вариантов реализации выполненный в виде ждущего мультивибратора. Ключ 4, управляющий активными элементами усилителя мощности 5, выполнен в виде двух логических элементов 9 и 10, первые входы которых соединены с выходом D-триггера 3, а вторые входы - с первыми двумя выходами генератора видеоимпульсов 8. Генератор кодов 6 выполнен в виде генератора импульсов 11, соединённого со счётным входом счётчика 12, выходы которого соединены с входами преобразователя кодов 7, представляющим собой дешифратор, выходные линии которого соединены с входами генератора видеоимпульсов 8, состоящего из двух трехвходовых 13, 14 и двух четьфехвходовых 15, 16 логических элементов ИЛИ. Первый - четвёртый выходы дешифратора соединены с входами первого четырёхвходового логического элемента ИЛИ 15, третий - шестой с входами второго четырёхвходового логического элемента ИЛИ 16, первый - третий с входами третьего трёхвходового логического элемента ИЛИ 13, пятый - седьмой с входами четвёртого трёхвходового логического элемента ИЛИ 14, первый выход соединён также с управляющим входом D-триггера 3. Выход третьего логического элемента ИЛИ 13 соединён с вторым входом первого логического элемента И 9, а выход четвёртого логического элемента ИЛИ 14 соединён с вторым входом второго логического элемента И 10.
Примеры осуществления изобретения
Синхронизатор 1 вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы U1
(фиг. 3), поступающие на вход ждущего мультивибратора 2, на выходе которого вырабатывается видеоимпульс U2, определяющий длительность формируемого зондирующего сигнала. Этот видеоимпульс поступает на D-вход D-триггера 3. Генератор импульсов 1 1 вырабатывает импульсы U3 с частотой в восемь раз большей, чем частота высокочастотного заполнения зондирующего сигнала, которые поступают на счётный вход счётчика 12. С выходов счётчика 12 цифровое слово U4 подаётся на входы дешифратора 7, на выходах которого формируются сигналы U5, соответствующие значению дешифрируемого цифрового слова, и имеющие высокий активный уровень. Дальнейшая работа рассматривается для случая использования трёхразрядного двоичного счётчика 12. В этом случае дешифратор 7 имеет восемь выходов. Сигналы U5, снимаемые с первого по четвёртый выходы дешифратора поступают на входы первого четырёхвходового логического элемента ИЛИ 15, а сигналы U5, снимаемые с третьего по шестой выходы дешифратора поступают на входы второго четырёхвходового логического элемента ИЛИ 16. В элементах ИЛИ 15, 16 выполняется суммирование поступающих сигналов U5 и на выходах элементов формируются сигналы U6 и U7, сдвинутые по фазе на 90° с частотой, равной частоте зондирующего сигнала. Эти сигналы затем поступают в приёмный тракт локатора и используются для синхронного детектирования и других видов обработки эхо- сигналов. Сигналы U5, снимаемые с первого - третьего выходов дешифратора, поступают на входы третьего трёхвходового логического элемента ИЛИ 13, а с пятого - седьмого— на входы четвёртого трёхвходового логического элемента ИЛИ 14. С выхода третьего логического элемента ИЛИ 13 сигнал U8 подаётся на второй вход первого логического элемента И 9, а с выхода четвёртого логического элемента ИЛИ 14 сигнал U9 подаётся на второй вход второго логического элемента И 10. Сигналы U8 и U9 представляют собой последовательность видеоимпульсов с длительностями примерно 0,375 периода зондирующего сигнала, и с паузами между ними примерно 0,125 периода.
С первого выхода дешифратора 7 сигнал U5 подаётся также на управляющий вход D-триггера и своим передним фронтом записывает в триггер логическую единицу при подаче на D-вход триггера видеоимпульса U2. Таким образом, начало и конец видеоимпульса U10, формируемого на выходе D-триггера 3, будут соответствовать одной и той же фазе зондирующего сигнала. Этот видеоимпульс U10 поступает на вторые входы логических элементов И 9 и 10 и разрешает прохождение через эти элементы сигналов U8 и U9. На выходах логических элементов 9 и 10 формируются пачки противофазных импульсных сигналов U1 1 и U12 с паузами между ними. Эти сигналы поступают на входы усилителя мощности 5 и поочередно открывают его активные элементы, в результате чего формируется зондирующий сигнал U13 с постоянной начальной фазой, который подаётся на акустический преобразователь (на чертежах не показан). Усилитель мощности 5 работает в режиме D с малыми электрическими потерями на активных элементах усилителя. Раздвижка между усиливаемыми сигналами Ul l U12 предотвращает появление сквозных токов в активных элементах усилителя, а величина раздвижки соответствует минимальному значению высших гармонических составляющих сигнала. Сигнал в радиоимпульсах U13 будет начинаться и заканчиваться всегда с одной и той же фазы, что обеспечивает формирование зондирующих сигналов с постоянной начальной и конечной фазой. Сигнал U10 будет соответствовать началу и концу зондирующего сигнала U13 и используется затем в качестве импульса синхронизации, осуществляющего временную привязку рабочих циклов всех блоков эхо-импульсного локатора. Параметры зондирующего сигнала в данном генераторе легко регулируются. Период повторения будет равен периоду синхроимпульсов U3, длительность определяется длительностью видеоимпульса U2, а частота заполнения - частотой сигнала U3.
Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения новых блоков и связей обеспечено повышение надежности зондирующего генератора путем исключения возможности возникновения сквозных токов в активных элементах усилителя мощности за счет введения временной раздвижки между противофазными управляющими сигналами и в значительной мере расширены эксплуатационные возможности эхо-локационной системы, использующей заявляемый генератор зондирующих сигналов с двумя сдвинутыми по фазе на 90° опорными сигналами с частотой зондирующего сигнала.
Промышленная применимость
Реализация предложенного генератора зондирующих сигналов не представляет сложностей. Например, синхронизатор 1 может быть выполнен на элементах микросхемы К561ЛН2, ждущий мультивибратор 2 и D-триггер 3 - на микросхеме К561ТМ2, счётчик 12 и дешифратор 7 - на микросхеме К561ИЕ9, цифровые элементы ИЛИ 13, 14, 15, 16 и элементы И 9, 10 - на микросхемах К1533ЛЛ1 и К1533ЛИ1. Усилитель мощности 5 может быть выполнен, например, по схемам, достаточно полно описанным в работах (Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М. Радио и связь. 1997. 320 с, Кибакин В.М. Основы теории и расчёта транзисторных низкочастотных усилителей мощности. - М. Энергия. 1969. 280с). Сигналы U1 и U3 могут вырабатываться отдельными генераторами или, например, микропроцессорной системой. Испытания локаторов, использующих предложенный генератор зондирующих сигналов, показали их преимущество по сравнению с имеющимися реализациями.
Заявляемое изобретение позволяет создать генератор зондирующих сигналов, обладающий высокой надежностью и расширенными эксплуатационными возможностями .

Claims

Формула полезной модели.
1. Генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор и импульсный генератор, соединённый с D-входом D-триггера, выход которого подключен к одному из входов ключа, выходом подключенного к одному из входов усилителя мощности, отличающийся тем, что в него дополнительно введены преобразователь кодов, генератор видеоимпульсов и генератор кодов, соединённый с преобразователем кодов, выходы которого соединены с входами генератора видеоимпульсов и С-входом D-триггера, а выходы генератора видеоимпульсов соединены с другими входами ключа.
2. Генератор зондирующих сигналов по п. 1, отличающийся тем, что ключ выполнен в виде двух логических элементов 2И, первые входы которых соединены с выходом D- триггера, а выходы подключены к входам усилителя мощности.
3. Генератор зондирующих сигналов по п.1, отличающийся тем, что генератор кодов выполнен в виде генератора импульсов и счетчика, при этом генератор импульсов соединен с входом счетчика, выходы которого соединены с входами преобразователя кодов.
4. Генератор зондирующих сигналов по п.1, отличающийся тем, что преобразователь кодов выполнен в виде дешифратора, входы которого соединены с выходами генератора кодов, а выходы подключены к входам генератора видеоимпульсов.
5. Генератор зондирующих сигналов по п.1, отличающийся тем, что генератор видеоимпульсов выполнен в виде четырех логических элементов ИЛИ, причем первый - четвёртый выходы преобразователя кодов соединены с входами первого четырёхвходового логического элемента ИЛИ, третий - шестой с входами второго четырёхвходового логического элемента ИЛИ, первый - третий с входами третьего трёхвходового логического элемента ИЛИ, пятый - седьмой с входами четвёртого трёхвходового логического элемента ИЛИ, первый выход соединён также с управляющим входом D-триггера; выход третьего логического элемента ИЛИ соединён с одним из входов ключа, а выход четвёртого логического элемента ИЛИ соединён с вторым входом ключа.
6. Генератор зондирующих сигналов, отличающийся тем, что в качестве усилителя мощности применен усилитель мощности класса D.
PCT/RU2014/000791 2013-10-22 2014-10-21 Генератор зондирующих сигналов WO2015060750A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147034/28A RU2538049C1 (ru) 2013-10-22 2013-10-22 Генератор зондирующих сигналов
RU2013147034 2013-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015060750A1 true WO2015060750A1 (ru) 2015-04-30

Family

ID=52993228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000791 WO2015060750A1 (ru) 2013-10-22 2014-10-21 Генератор зондирующих сигналов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2538049C1 (ru)
WO (1) WO2015060750A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4954999A (en) * 1975-08-28 1990-09-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Double phase-lock-loop sonar
RU1800596C (ru) * 1991-02-20 1993-03-07 Всесоюзный научно-исследовательский институт "Электронстандарт" Генератор импульсов
RU2158007C1 (ru) * 1999-12-23 2000-10-20 Таганрогский государственный радиотехнический университет Акустический эхо-импульсный локатор
RU2281603C1 (ru) * 2004-12-27 2006-08-10 Краснощеков Александр Игоревич Генератор случайной двоичной последовательности
RU2362184C1 (ru) * 2008-02-01 2009-07-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Генератор зондирующих сигналов
RU97535U1 (ru) * 2009-12-25 2010-09-10 ООО Конструкторское бюро морской электроники "Вектор" Генератор зондирующих сигналов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4954999A (en) * 1975-08-28 1990-09-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Double phase-lock-loop sonar
RU1800596C (ru) * 1991-02-20 1993-03-07 Всесоюзный научно-исследовательский институт "Электронстандарт" Генератор импульсов
RU2158007C1 (ru) * 1999-12-23 2000-10-20 Таганрогский государственный радиотехнический университет Акустический эхо-импульсный локатор
RU2281603C1 (ru) * 2004-12-27 2006-08-10 Краснощеков Александр Игоревич Генератор случайной двоичной последовательности
RU2362184C1 (ru) * 2008-02-01 2009-07-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Генератор зондирующих сигналов
RU97535U1 (ru) * 2009-12-25 2010-09-10 ООО Конструкторское бюро морской электроники "Вектор" Генератор зондирующих сигналов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2538049C1 (ru) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009128299A (ja) 物体方位検出装置及び物体方位検出システム
US10955273B2 (en) Extended range ADC flow meter
JP2016156620A (ja) レーダ装置
RU2158430C2 (ru) Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления
JP2010185706A (ja) 超音波センサシステム
RU146736U1 (ru) Генератор зондирующих сигналов
RU2538049C1 (ru) Генератор зондирующих сигналов
RU97535U1 (ru) Генератор зондирующих сигналов
Chi et al. Resolving velocity ambiguity based on robust Chinese remainder theorem for multi-frequency pulse-to-pulse coherent Doppler sonar
CN104063008A (zh) 一种相位连续的数字组合脉冲信号产生方法
JPS58189570A (ja) レ−ダの干渉除去方式
CN104393933B (zh) 声表面波电力测温采集器的移相叠加抗干扰方法
KR101524550B1 (ko) 표적 속도에 따른 도플러 효과를 보상하는 고속 lfm 표적 검출 방법 및 장치
JP2012220466A (ja) 光測距装置
Mironov et al. The method of defining the threshold value of the symbolic correlation function for detecting DSSS hydroacoustic signal
JP2017181157A (ja) 検出装置および検出方法
RU2362184C1 (ru) Генератор зондирующих сигналов
RU2525472C1 (ru) Аккустическое устройство определения дальности
JP2009002943A (ja) 測距システムおよび方法
RU2591049C2 (ru) Псевдокогерентная рлс с высокой частотой следования зондирующих импульсов
JP2020076716A5 (ru)
JPH02176588A (ja) 距離測定器
Si-zhong et al. A method to solve the periodic deviation in cross-correlation measurement of ultrasonic echo signals
RU2517982C1 (ru) Способ определения места повреждения линии электропередачи и связи
CN104198758B (zh) 超声波接收时间点的设定方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14855815

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14855815

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1