SU1451743A1 - Способ коррекции частоты сигнала считывани и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах измерени  координат объекта. Целью изобретени   вл етс  повышение точности способа, а также повышение точности и упрощение устройства за счет использовани  фазового метода коррекции частоты локационного сигнала. Поставленна  цель достигаетс  тем, что формируют зондирующий гармонический электрический сигнал, преобразуют его в гармоническую акустическую волну , формируют эталонную акустическую волну, прерывают зондирующий гармонический электрический сигнал, а эталонную акустическую волну преобразуют в периодический измерительный электрический сигнал, по которому непрерывно формируют акустическую гармоническую волну и последовательность счетных импульсов. Устройство содержит электроакустический излучатель, акустоэлектрический приемник, усилитель , переключатель и умножитель частоты . Использование фазового метода коррекции позвол ет не только достичь высокой точности, но и надежно в реализации. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. с (Л с

Description

ел

4

СО

10

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к методам и средствам измерени  координат объекта, основанным на измерении времени распространени  акустической волны, например, в воздушной среде.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности способа, а также упрощение устройства и повышение точности за счет использовани  фазового метода коррекции.

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства дл  осуществлени  15 способа (режим эхолокации) на фиг.2- временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

В соответствии с предлагаемым способом коррекции вли ни  изменений 20 физических параметров звукопровод щей среды на точность считывани  координат акустическим методом формируют зондирующий гармонический электри1451743

чатель 2, усилитель 3, электроакустический излучатель 4, акустоэлектри- ческий приемник 5, акустически через отражатель св занный с электроакустическим излучателем 4, а выходом соединенный с другим входом усилител  3, и умножитель 6 частоты, входом соединенный с выходом усилител  3, а.выходом - с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом .

При включении питани  начинает работать в автоколебательном режиме генератор 1 гармонического электрического сигнала. При включении в некоторый момент времени t, переключател  2 на один из входов усилител  3 начинает поступать гармонический электрический сигнал U,(t) частоты fj, с выхода генератора 1, который преобразуетс  с помощью усилител  3 и излучающего электроакустического преобразовател  4 в акустические волны

ческий сигнал U,(t) (фиг.2), преобра-25 длиной , излучаемые в сторону

эталонного отражател . Рассто ние между приемно-излучающим модулем (элементы 4 и 5) и эталонным отражателем выбрано равным , В результате отраженный сигнал, в момент времени t1 достигающий чувствительной поверхности акустоэлектрического приемника 5 и преобразованный последним в измерительный сигнал U-2.(t), на вход усилител  приходит синфазно с сигналом U(t). В цепи, образованной усилителем 3, электроакустическим из-- лучателем 4 и акустоэлектрическим приемником 5 и замкнутой по акустическому тракту через эталонный отражатель , начинаетс  автоколебательный процесс. Этот процесс обусловлен тем, что цепь охвачена положительной обратной св зью с выхода на вход (обеспечено условие баланса фаз), а также тем, что величина обратной св зи с помощью усилител  3 выбрана достаточной дл  поддержани  в схеме изменений напр жений и токов по закону, свойственному этой схеме, сколь угодно длительное врем  (выполнено условие баланса амплитуд). После захвата частоты fц, нав занной этой цепи генератором Г, переключатель 2 выключают. Частота ft, измерительного сигнала U,,(t) устанавливаетс  равной с// и посто нно мен етс  в соответствии с изменени ми скорости с распространени  акустических волн. Поскольку

зуют его в акустические волны, излучают гармонические акустические волны в первой фиксированной точке до тех. пор, пока они не достигнут второй фиксированной точки или путем пр мого прохождени  от первой точки до второй (режим однонаправленного излучени ), или отразившись от эталонного отражател  (режим эхолокации , фиг. 1), преобразуют акустичес- кие волны, прин тые во второй фиксированной точке, в электрический измерительный сигнал Ui(t), непрерыв- . но преобразуют его в акустические гармонические волны, излучаемые в первой фиксированной точке, и последовательность счетных импульсов высокой частоты f, используемых дл  врем -импульсного преобразовани  при измерении координат, формируют путем умножени  частоты „ измерительного- сигнала U4(t) в п раз, причем рассто ние между первой и второй фиксированными точками в режиме однонаправленного излучени  устанавливают

равным , а рассто ние между эталонным отражателем и фиксированными точками при эхолокации (фиг.1) устанавливают равным пА/2.

Устройство (фиг.1) дл  осуществле ни  способа содержит последовательно соединенные генератор 1 гармонического электрического сигнала, переклю

25 длиной , излучаемые в сторону

30

2 до 45

50

55

эталонного отражател . Рассто ние между приемно-излучающим модулем (элементы 4 и 5) и эталонным отражателем выбрано равным , В результате отраженный сигнал, в момент времени t1 достигающий чувствительной поверхности акустоэлектрического приемника 5 и преобразованный последним в измерительный сигнал U-2.(t), на вход усилител  приходит синфазно с сигналом U(t). В цепи, образованной усилителем 3, электроакустическим из-- лучателем 4 и акустоэлектрическим приемником 5 и замкнутой по акустическому тракту через эталонный отражатель , начинаетс  автоколебательный процесс. Этот процесс обусловлен тем, что цепь охвачена положительной обратной св зью с выхода на вход (обеспечено условие баланса фаз), а также тем, что величина обратной св зи с помощью усилител  3 выбрана достаточной дл  поддержани  в схеме изменений напр жений и токов по закону, свойственному этой схеме, сколь угодно длительное врем  (выполнено условие баланса амплитуд). После захвата частоты fц, нав занной этой цепи генератором Г, переключатель 2 выключают. Частота ft, измерительного сигнала U,,(t) устанавливаетс  равной с// и посто нно мен етс  в соответствии с изменени ми скорости с распространени  акустических волн. Поскольку

длину вопны акустического сигнала не всегда можно выбрать такой, чтобы измерительный сигнал U(t) частотой „ обеспечивал заданную дискретность отсчета при измерении координат, в устройстве предусмотрено умножение частоты fp, в п раз с помощью умножител  6, на выходе которого формируетс  последовательность Uj(t) счетных им- пульсов. Так, при использовании в качестве звукопровод щей среды воздуха из-за большого затухани  ультразвуковых колебаний высокой частоты при локации рассто ний 0,5-1,0 м излучать частоту более высокую, чем 340 кГц, нецелесообразно. При этом длина акустической волны мм. Дл  получени  дискретности отсчета в 0,1 мм при работе измерител  координат в режиме однонаправленного излучени  частоту 340 кГц необходимо увеличить в 10 раз а при работе в режиме эхолокации - в 5 раз.

нала, а ширина полосы пропускани  должна отвечать требованию, указанному выше.

Claims (2)

1. Способ коррекции частоты сигнала считывани , основанный на формировании зондирующего электрического сигнала, преобразовании его в акустическую волну, формировании и приеме эталонной акустической волны, фор мировании последовательности счетных импульсов с частотой, пропорциональной скорос и звука в используемой звукопровод щей среде, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, зондирующий элекрический сигнал формируют гармоническим и преобразуют его в гармоническую акустическую волну до момента приема эталонной акустической волны, после чего прерывают зондирующий

В соответствии с предлагаемым спо- 25 электрический сигнал, а прин тую этасобом эталонный отражатель может нат родитьс  на любом из рассто ний , где п - целое число. Это делает устройство мобильным и пригодным дл  использовани  в измерител х координат с различными размерами ра- бочей зоны.

Чтобы исключить возможность нарушени  условий баланса фаз и баланса амплитуд под воздействием электрических , акустических и иных помех, в устройстве предусмотрено выполнени усилител  полосовым. Ширина полосы пропускани  усилител  должна выбиратьс  из расчета возможных изменений 40 ты сигнала считывани , содержащее

акустически св занные электроакуст ческий излучатель и акустоэлектрич кий приемник и усилитель, отличающее с  тем, что, с целью его упрощени  и повышени  точности за счет фазового метода к рекции, оно содержит генератор гар нического электрического сигнала, переключатель и умножитель частоты причем вход электроакустического и лучател  соединен с входом умножит л  частоты и выходом усилител , вх которого соединен с выходом перекл чател , первый вход которого соеди нен с выходом генератора гармониче кого электрического сигнала, а вто подключен к выходу акустоэлектриче кого приемника, причем усилитель в полнен полосовым.

скорости распространени  акустических волн в рабочем диапазоне изменений физических параметров звукопровод щей среды. Например, температурный коэффициент скорости распространени  акустических волн в воздухе равен 0,18% .град- . Это значит, что дл  обеспечени  работы устройства в диапазоне tlO°C ширина полосы пропускани  усилител  должна составл ть 2,6% от частоты fu измерительного сигнала.

Такого же эффекта повьшени  помехоустойчивости можно достичь за счет использовани  электроакустических преобразователей с выраженными резонансными свойствами. При этом частота резонанса должна совпадать со средней частотой измерительного сиг0

5

лонную акустическую волну преобразуют в периодический измерительный электрический сигнал, который непрерьшно преобразуют в акустическую гармоническую волну и последовательность счетных импульсов, причем последовательность счетных импульсов формируют путем умножени  частоты периодического измерительного электрического сигнала, а эталонную акустическую волну формируют на базе, кратной длине волны звука .в используемой звукопровод щей среде.

2. Устройство дл  коррекции частоты сигнала считывани , содержащее

. i

акустически св занные электроакустический излучатель и акустоэлектричес- кий приемник и усилитель, отличающее с  тем, что, с целью его упрощени  и повышени  точности за счет фазового метода коррекции , оно содержит генератор гармонического электрического сигнала, переключатель и умножитель частоты, причем вход электроакустического излучател  соединен с входом умножител  частоты и выходом усилител , вход которого соединен с выходом переключател , первый вход которого соединен с выходом генератора гармонического электрического сигнала, а второй подключен к выходу акустоэлектричес- кого приемника, причем усилитель выполнен полосовым.

Фив. I

Фиг.1