RU2703836C1 - Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора - Google Patents
Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703836C1 RU2703836C1 RU2019110060A RU2019110060A RU2703836C1 RU 2703836 C1 RU2703836 C1 RU 2703836C1 RU 2019110060 A RU2019110060 A RU 2019110060A RU 2019110060 A RU2019110060 A RU 2019110060A RU 2703836 C1 RU2703836 C1 RU 2703836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- time interval
- control
- amplifier
- radiation
- Prior art date
Links
Images
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
- G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами. Первый генератор соединен с первым датчиком излучения и приема, который соединен с первым усилителем, к которому последовательно подключены первое пороговое устройство, первый блок формирования, первый блок измерения временного интервала, блок управления и индикации. Второй генератор соединен с вторым датчиком излучения и приема, который соединен со вторым усилителем, к которому последовательно подключены второе пороговое устройство, второй блок формирования временного интервала, второй блок измерения временного интервала, блок управления и индикации. К первому и второму пороговому устройствам подключен источник опорного напряжения. Блок управления и индикации подключен к первому и второму блокам формирования временного интервала. Блок временной регулировки усиления подключен к первому и второму усилителям и к блоку управления и индикации. Технический результат: снижение погрешности измерения, обусловленной наличием недостаточной амплитуды отраженного сигнала. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области определения местоположения или обнаружения объектов с использованием отражения ультразвуковых волн, а именно к измерению дальности косвенным путем и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для определения глубины скважин, в судоходстве для контроля глубины морского дна, в рыболовстве для обнаружения косяков рыб.
Известно устройство компенсации погрешности ультразвукового локатора [RU 2544310 С1, МПК G01N 29/36 (2006.01), опубл. 20.03.2015], выбранное в качестве прототипа, содержащее два независимых канала, каждый из которых содержит генератор ультразвуковых сигналов, подключенный к излучателю, и последовательно соединенные приемник, усилитель, пороговое устройство, блок формирования временного интервала, блок измерения временного интервала, при этом к первому и второму пороговому устройству подключен источник опорного напряжения, а к первому и второму блоку измерения временных интервалов подключен кварцевый генератор. Третий блок измерения временного интервала подключен к первому пороговому устройству, к кварцевому генератору и блоку управления, который связан с первым и вторым генератором, с первым и вторым блоком формирования временного интервала, с первым и вторым блоком измерения временного интервала и с блоком индикации.
Это устройство имеет низкую точность измерения и ограниченный диапазон дистанций.
Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего снижение погрешности измерений и увеличение диапазона дистанций при волноводном распространении ультразвуковых колебаний.
Предложенное устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора также как в прототипе содержит блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами, при этом к первому усилителю последовательно подключены первое пороговое устройство, первый блок формирования, первый блок измерения временного интервала, блок управления и индикации, к второму усилителю последовательно подключены второе пороговое устройство, второй блок формирования временного интервала, второй блок измерения временного интервала, блок управления и индикации, причем к первому и второму пороговому устройствам подключен источник опорного напряжения, а блок управления и индикации подключен к первому и второму блокам формирования временного интервала.
Согласно изобретению первый генератор соединен с первым датчиком излучения и приема, который соединен с первым усилителем, второй генератор соединен с вторым датчиком излучения и приема, который соединен с вторым усилителем, блок временной регулировки усиления подключен к первому и второму усилителям и к блоку управления и индикации.
Использование блока временной регулировки усиления позволяет задать амплитуду ультразвукового сигнала на выходе усилителей одинаковой для обеих частот и на основе этого более точно определить временную координату принятого сигнала ультразвуковой волны, что в свою очередь уменьшает погрешность измерения ультразвукового локатора и увеличивает диапазон измеряемых дистанций.
На фиг. 1 представлена схема устройства компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора.
На фиг. 2 представленная диаграмма, иллюстрирующая работу устройства.
Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора (фиг. 1) содержит блок управления и индикации 1 (БУИ), который соединен с первым 2 (Г1) и вторым 3 (Г2) генераторами. Выход первого генератора 2 (Г1) соединен с первым датчиком излучения и приема 4 (ИП1). Выход второго генератора 3 (Г2) соединен с вторым датчиком излучения и приема 5 (ИП2). Первый датчик 4 (ИП1) соединен с первым усилителем 6 (У1). Второй датчик 5 (ИП2) соединен и со вторым усилителем 7 (У2). Блок временной регулировки усиления 8 (ВРУ) подключен к первому 6 (У1) и второму 7 (У2) усилителям и к блоку управления 1 (БУИ). Первый усилитель 6 (У1) связан с входом первого порогового устройства 9 (ПУ1), к другому входу которого подключен источник опорного напряжения 10 (ИОН). Второй усилитель 7 (У2) связан с входом второго порогового устройства 11 (ПУ2), к другому входу которого подключен источник опорного напряжения 10 (ИОН). Выход первого порогового устройства 9 (ПУ1) подключен к входу первого блока формирования временного интервала 12 (БФВИ1), к другому входу которого подключен блок управления и индикации 1 (БУИ). Выход второго порогового устройства 11 (ПУ2) подключен к входу второго блока формирования временного интервала 13 (БФВИ2), к другому входу которого подключен блок управления и индикации 1 (БУИ). Выход первого блока формирования временного интервала 12 (БФВИ1) подключен к входу первого блока измерения временного интервала 14 (БИВИ1), выход которого подключен к блоку управления и индикации 1 (БУИ). Выход второго блока формирования временного интервала 13 (БФВИ2) подключен к входу второго блока измерения временного интервала 15 (БИВИ2), выход которого подключен к блоку управления и индикации 1 (БУИ).
Блок управления и индикации 1 (БУИ) может быть выполнен на микроконтроллере ATMEGA64 фирмы ATMEL и семисегментных индикаторах типа DA56-11SRWA, фирмы KINGBIHT. Генераторы 2 (Г1) и 3 (Г2) могут быть выполнены по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Датчики излучения и приема 4 (ИП1) и 5 (ИП2) могут быть стандартными, например, фирмы Мурата МА40 и МА25. Усилители 6 (У1) и 7 (У2) могут быть выполнены на операционных усилителях, например, К544УД2. Блок временной регулировки усиления 8 (ВРУ) может быть выполнен на цифро-аналоговом преобразователе, входящем в состав микроконтроллера, например, ATMEGA64 фирмы ATMEL. В качестве пороговых устройств 9 (ПУ1) и 11 (ПУ2) можно использовать компараторы К521СА3. Блоки формирования временного интервала 12 (БФВИ1) и 13 (БФВИ2) могут быть выполнены на стандартных микросхемах К1554ТМ2. Блоки измерения временного интервала 14 (БИВИ1), 15 (БИВИ2) могут быть выполнены на стандартных микросхемах, например, К1554ИЕ7. Источник опорного напряжения 10 (ИОН) выбран типовым REF 192 фирмы ANALOG DEVICES в стандартном включении.
При измерении расстояния в трубе были установлены отражатель в виде металлической пластины и на расстоянии 500 мм от него датчики излучения и приема 4 (ИП1) и 5 (ИП2). Частота излучения первого датчика 4 (ИП1) составляла 25 кГц, период Т1=40 мкс, а длина волны λ1=13,2 мм. Частота излучения второго датчика 5 (ИП2) составляла 40 кГц, период Т2=25 мкс, длина волны λ2=8,25 мм. Скорость распространения ультразвука в воздухе С=330 м/с.
Блок управления и индикации 1 (БУИ) вырабатывал импульс запуска для первого генератора 2 (Г1), этим же импульсом первый блок формирования временного интервала 14 (БФВИ1) установился в состояние логической 1. Первый генератор 2 (Г1) возбуждал первый датчик излучения и приема 4 (ИП1), который излучал ультразвуковые колебания с периодом Т1=40 мкс. Излученные ультразвуковые колебания распространялись по воздушной среде, принимались первым датчиком излучения и приема 4 (ИП1), усиливались первым усилителем 6 (У1), коэффициент усиления которого плавно увеличивался с помощью блока временной регулировки усиления 8 (ВРУ). С выхода первого усилителя 6 (У1) сигнал поступал на вход первого порогового устройства 9 (ПУ1). На второй вход первого порогового устройства 9 (ПУ1) подавалось напряжение U от источника опорного напряжения 10 (ИОН). Как только напряжение на выходе первого усилителя 6 (У1) превысило напряжение U, выход первого порогового устройства 9 (ПУ1) переключился в состояние логической 1, которая установила первый блок формирования временного интервала 12 (БФВИ1) в состояние логического нуля (точка t1 на фиг. 2). Таким образом, на выходе первого блока формирования временного интервала 12 (БФВИ1) сформировался импульс, длительность которого равна времени:
где t0 - начальный момент времени излучения ультразвуковых волн,
t1 - время срабатывания первого порогового устройства 9 (ПУ1).
Этот импульс поступил в первый блок измерения временного интервала 14 (БИВИ1). Длительность импульса, измеренного первым блоком измерения временного интервала 14 (БИВИ1) составила:
Данные о длительности этого импульса поступили в блок управления и индикации 1 (БУИ).
Затем блок управления 1 (БУ) вырабатывал импульс запуска для второго генератора 3 (Г2), этим же импульсом второй блок формирования временного интервала 13 (БФВИ2) установился в состояние логической единицы. Второй генератор 3 (Г2) возбуждал второй датчик излучения и приема 5 (ИП2), который излучил ультразвуковые колебания с периодом Т2=25 мкс. Излученные ультразвуковые колебания распространялись по той же воздушной среде и принимались вторым датчиком излучения и приема 5 (ИП2), усиливались вторым усилителем 7 (У2), коэффициент усиления которого плавно увеличивался с помощью блока временной регулировки усиления 8 (ВРУ), который обеспечил одинаковую амплитуду сигналов на выходе первого усилителя 6 (У1) и второго усилителя 7 (У2) для обеих частот. С выхода второго усилителя 7 (У2) сигнал поступил на вход второго порогового устройства 11 (ПУ2). На второй вход второго порогового устройства 11 (ПУ2) подавалось напряжение U от источника опорного напряжения 10 (ИОН). Как только напряжение на выходе второго усилителя 7 (У2) превысило напряжение U, выход второго порогового устройства 11 (ПУ2) переключился в состояние логической 1, которая установила второй блок формирования временного интервала 13 (БФВИ2) в состояние логического нуля (точка t2 на фиг. 2). Таким образом, на выходе второго блока формирования временного интервала 13 (БФВИ2) сформировался импульс, длительность которого равна времени:
где t0 - начальный момент времени излучения ультразвуковых волн,
t2 - время срабатывания второго порогового устройства 11 (ПУ2).
Этот импульс поступил во второй блок измерения временного интервала 15 (БИВИ2). Длительность этого импульса составила:
Данные об этой длительности поступили в блок управления и индикации 1 (БУИ), который рассчитал время распространенияпринятых ультразвуковых волн:
где Δt1 - длительность импульса, измеренного первым блоком измерения временного интервала 14 (БИВИ1),
Δt2 - длительность импульса, измеренного вторым блоком измерения временного интервала 15 (БИВИ1),
Т1 - период ультразвуковых колебаний первого датчика излучения и приема 4 (ИП1),
Т2 - период ультразвуковых колебаний второго датчика излучения и приема 5 (ИП2).
Используя это значение времени распространения принятых ультразвуковых волнблок управления и индикации 1 (БУИ) определил расстояние до отражателя:
Ошибка измерения составила:
Таким образом, экспериментально установлено, что погрешность измерения составила λ2/16.
Claims (1)
- Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора, содержащее блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами, к первому усилителю последовательно подключены первое пороговое устройство, первый блок формирования, первый блок измерения временного интервала, блок управления и индикации, к второму усилителю последовательно подключены второе пороговое устройство, второй блок формирования временного интервала, второй блок измерения временного интервала, блок управления и индикации, при этом к первому и второму пороговому устройствам подключен источник опорного напряжения, а блок управления и индикации подключен к первому и второму блокам формирования временного интервала, отличающееся тем, что первый генератор соединен с первым датчиком излучения и приема, который соединен с первым усилителем, второй генератор соединен с вторым датчиком излучения и приема, который соединен со вторым усилителем, блок временной регулировки усиления подключен к первому и второму усилителям и к блоку управления и индикации.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019110060A RU2703836C1 (ru) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019110060A RU2703836C1 (ru) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703836C1 true RU2703836C1 (ru) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019110060A RU2703836C1 (ru) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703836C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754716C1 (ru) * | 2021-02-01 | 2021-09-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4467653A (en) * | 1982-03-26 | 1984-08-28 | Matix Industries S.A. | Method and apparatus for ultrasonic analysis |
| RU2358243C1 (ru) * | 2007-12-24 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| RU2389982C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| RU2389981C1 (ru) * | 2009-01-11 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| US20120310093A1 (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Fujifilm Corporation | Ultrasound image producing method and ultrasound image diagnostic apparatus |
| RU2544310C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
-
2019
- 2019-04-05 RU RU2019110060A patent/RU2703836C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4467653A (en) * | 1982-03-26 | 1984-08-28 | Matix Industries S.A. | Method and apparatus for ultrasonic analysis |
| RU2358243C1 (ru) * | 2007-12-24 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| RU2389981C1 (ru) * | 2009-01-11 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| RU2389982C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера |
| US20120310093A1 (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Fujifilm Corporation | Ultrasound image producing method and ultrasound image diagnostic apparatus |
| RU2544310C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754716C1 (ru) * | 2021-02-01 | 2021-09-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107576371B (zh) | 一种超声波液位测量方法和超声波液位测量装置 | |
| CN108594238B (zh) | 基于瞬态信号的水声换能器电声性能校准装置及校准方法 | |
| JPH0525045B2 (ru) | ||
| CN103454643B (zh) | 恒定声压fsk超声波渡越时间精确测量方法 | |
| RU2544310C1 (ru) | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора | |
| RU2703836C1 (ru) | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора | |
| RU2703834C1 (ru) | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора | |
| JP4795925B2 (ja) | 超音波厚さ測定方法および装置 | |
| JP6815786B2 (ja) | 超音波変位計測装置及び超音波変位計測方法 | |
| RU2280863C1 (ru) | Нелинейный ультразвуковой способ обнаружения трещин и их местоположений в твердом теле и устройство для его реализации | |
| RU2599602C1 (ru) | Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора | |
| RU2532143C1 (ru) | Метод определения нелинейного акустического параметра жидкостей и устройство для его осуществления | |
| RU2390801C1 (ru) | Способ поиска объектов искусственного происхождения в земле и устройство для его осуществления | |
| RU2544311C1 (ru) | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового скважинного глубиномера | |
| JP5733029B2 (ja) | 水中送波器の検査装置及び検査方法 | |
| KR100671266B1 (ko) | 솔리톤 웨이브를 이용한 매설물 탐지 장치 및 방법 | |
| JPH1123704A (ja) | 水中測定方法および水中測定装置 | |
| RU2596907C1 (ru) | Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора | |
| Bifulco et al. | Ultrasonic pulse spectroscopy of a solid inclusion in an elastic solid | |
| RU2284015C2 (ru) | Способ измерения расхода потока и устройство для его осуществления | |
| Kazakov | Detection of a Crack and Determination of Its Position in a Plate by the Nonlinear Modulation Method Using Lamb Waves | |
| Cao et al. | Measuring Thickness of Borehole Sediments by Using Ultrasonic Technology | |
| SU1504606A1 (ru) | Ультразвуковое устройство дл измерени физических параметров веществ | |
| RU2020477C1 (ru) | Способ измерения коэффициента отражения акустических сигналов | |
| Djelouah et al. | Pulsed calibration technique of miniature ultrasonic receivers using a wideband laser interferometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210406 |