PL162799B1 - Urzadzenie ultradzwiekowe do pomiaru odleglosci PL - Google Patents

Abstract

Urzadzenie ultradzwiekowe do pomiaru odleglo- sci skladajace sie z generatora drgan elektrycznych ze w zm acniaczem mocy, piezoelektrycznego ultradzwiekowego przetwornika nadawczego, piezoele- ktrycznego ultradzwiekowego przetwornika odbiorcze- go, ukladu filtra ze wzmacniaczem, komparatora, ukladu sterujacego oraz generatora taktu, przy czym wyjscie generatora drgan elektrycznych polaczone jest z wejsciem piezoelektrycznego ultradzwiekowego prze- twornika nadawczego, natomiast wyjscie piezoelektry- cznego przetwornika odbiorczego polaczone jest z wejsciem ukladu filtra ze wzmacniaczem, którego wyj- scie polaczone jest z wejsciem komparatora, a wyjscie komparatora polaczone jest z wejsciem ukladu steruja- cego, drugie zas wejscie ukladu sterujacego polaczone jest z wyjsciem generatora taktu, polaczonego oprócz tego równiez z wejsciem generatora drgan elektrycznych ze wzmacniaczem mocy, znamienne tym, ze wyposa- zone jest w uklad próbkujaco-pamietajacy (5), regulator (6) oraz w czlon opózniajacy ( 10), którego wejscie pola- czone jest z wyjsciem generatora taktu (9) a wyjscie z wejsciem ukladu sterujacego ( 8), przy czym wyjscie ukladu filtra ze wzmacniaczem (4) polaczone jest z wejsciem ukladu próbkujaco-pamietajacego (5) i rów- noczesnie z wejsciem komparatora (7), natomiast wyj- scie ukladu próbkujaco-pamietajacego (5) polaczone jest z wejsciem regulatora ( 6), którego wyjscie polaczone jest z wejsciem sterujacym wzmacniacza w ukladzie (4), zas wejscia sterujace ukladu próbkujaco-pamietajacego (5) polaczone sa z wyjsciami ukladu sterujacego ( 8). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie ultradźwiękowe do pomiaru odległości, przeznaczone do zastosowania zwłaszcza w maszynach rolniczych, urządzeniach magazynowych, itp. Urządzenie według wynalazku stosowane może być w szczególności do celów samoczynnej regulacji głębokości orki, do utrzymywania stałej odległości belek opryskiwaczy od podłoża, do kontroli stopnia napełnienia zbiorników, itp.

Znane są urządzenia ultradźwiękowe do pomiaru odległości stosowane również w maszynach rolniczych. Składają się one z generatora drgań elektrycznych ze wzmacniaczem mocy, piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego, piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika odbiorczego, układu filtra ze wzmacniaczem, komparatora układu sterującego oraz generatora taktu. Układ połączeń wygląda w ten sposób, że wyjście generatora drgań elektrycznych połączone jest z wejściem piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego, natomiast wyjście piezoelektrycznego przetwornika odbiorczego połączone jest z wejściem układu filtra ze wzmacniaczem, którego wyjście połączone jest z wejściem komparatora, a wyjście komparatora połączone jest z wejściem układu sterującego, drugie zaś wejście układu sterującego połączone jest z wyjściem generatora taktu, połączonego oprócz tego również z wejściem generatora drgań elektrycznych ze wzmacniaczem mocy.

Wadą tych znanych urządzeń jest ich podatność na wpływ zmienności warunków odbicia echa ultradźwiękowego na wynik pomiaru w zależności od ukształtowania powierzchni odbijającej podłoża, na które pada emitowany przez urządzenie ultradźwiękowy sygnał pomiarowy. Wpływ ten występuje zwłaszcza w przypadkach znacznej szorstkości, niejednorodności, czy poszarpanego konturu powierzchni odbijającej podłoże. Przy pracy maszyn rolniczych gdy powierzchnią odbijającą jest mniej lub bardziej nierówna powierzchnia pola, prowadzi to w skrajnych przypadkach do przerw w procesie pomiaru odległości, który staje się nieciągły, a w k_on_sekwe_ncji tego występują także przerwy w pracy bazujących na tym urządzeniu zespołów _regula_cyjnych _maszyn rolniczych. Podatność tych znanych urządzeń na wpływ zmienności wa_runków odbicia sygnału pomiarowego jest również przyczyną braku pewności co do poprawności wyników pomiaru odległości.

162 799

Drugą wadą znanych ultradźwiękowych urządzeń do pomiaru odległości jest ich podatność na zakłócenia odbioru odbitego od podłoża ultradźwiękowego sygnału pomiarowego przez tzw. odbicie wtórne. Często zamiast jednego odbicia sygnału pomiarowego piezoelektryczny ultradźwiękowy przetwornik odbiorczy urządzenia przyjmuje w jednym takcie roboczym kilka, lub nawet cały szereg tych odbić o różnych wartościach pomiarowych. W efekcie tego wynikowy odczyt wartości mierzonej odległości jest albo niejednoznaczny, albo wręcz nieczytelny.

Wolne od powyższych niedogodności jest rozwiązanie ultradźwiękowego urządzenia do pomiaru odległości według wynalazku, charakteryzujące się tym, że wyposażone jest w układ próbkująco-pamiętający, regulator, oraz w człon opóźniający, którego wejście połączone jest z wyjściem generatora taktu, a wyjście z wejściem układu sterującego, przy czym wyjście układu filtra ze wzmacniaczem połączone jest z wejściem układu próbkująco-pamiętającego i równocześnie z wejściem komparatora, natomiast wyjście układu próbkująco-pamiętającego połączone jest z wejściem regulatora, którego wyjście połączone jest z wejściem sterującym układu filtra ze wzmacniaczem, zaś wejście sterujące układu próbkująco-pamiętającego oraz regulatora połączone są z wyjściami układu sterującego.

Główną zaletą rozwiązania urządzenia według wynalazku jest wyeliminowanie wpływu na wynik pomiaru zmienności warunków odbicia echa ultradźwiękowego w zależności od ukształtowania powierzchni odbijającej podłoża. Zapewnia to ciągłość, czyli liniowość pomiaru oraz pewność jego wyników, nawet w przypadku znacznej nierówności powierzchni odbijającej podłoża. Osiągnięte to zostało przez wyposażenie urządzenia według wynalazku w układ stabilizacji wartości maksymalnej echa, w skład którego wchodzą układ próbkująco-pamiętający i regulator współpracujące z układem sterującym.

Dalszą zaletą rozwiązania urządzenia według wynalazku jest wyeliminowanie jego podatności na zakłócenia odbioru odbitego od podłoża ultradźwiękowego sygnału pomiarowego przez słabsze odbicia wtórne. Osiągnięte to zostało przez wyposażenie urządzenia według wynalazku dodatkowo jeszcze w człon opóźniający. Człon ten w obrębie każdego taktu roboczego urządzenia zawęża czynny przedział czasowy odbioru echa ultradźwiękowego do wielkości niezbędnej jedynie do przyjęcia jednego tylko odbicia sygnału pomiarowego o maksymalnej sile. W pozostałej części taktu roboczego odbiór ewentualnych innych słabszych odbić sygnału pomiarowego jest zablokowany przez człon opóźniający.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowy ultradźwiękowego urządzenia do pomiaru odległości.

Wytworzone w generatorze 1 drgania elektryczne wzmacniane są w zblokowanym z nim wzmacniaczu mocy i kierowane do piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego 2, w którym zamienione zostają na pomiarowy sygnał ultradźwiękowy wysyłany, bądź to w kierunku podłoża, którego odległość od urządzenia jest mierzona, bądź też w kierunku określonego obiektu, którego odległość od urządzenia jest ustalana. Sygnał ten po odbiciu od podłoża lub obiektu przyjmowany jest przez piezoelektryczny ultradźwiękowy przetwornik odbiorczy 3 i zamieniany z powrotem na drgania elektryczne. Czas przebiegu sygnału ultradźwiękowego od piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego 2 do podłoża i dalej po odbiciu od niego do piezoelektrycznego przetwornika odbiorczego 3 jest miarą odległości. Sygnał elektryczny z przetwornika 3 doprowadzany jest następnie do układu filtra ze wzmacniaczem 4 gdzie podlega odfiltrowaniu i dalszemu wzmocnieniu, po czym kierowany jest do układu próbkująco- pamiętającego 5, a skąd dalej do regulatora 6 sterującego współczynnikiem wzmocnienia wzmacniacza znajdującego się w układzie 4, przy czym odfiltrowany i wzmocniony sygnał elektryczny z układu 4 doprowadzany jest równocześnie także do komparatora 7, w którym przetworzony zostaje na sygnał binarny. Sygnał binarny z komparatora 7 doprowadzany jest następnie do wejścia układu sterującego 8. Do dwóch dalszych wejść układu sterującego 8 podłączone sąkolejno generator taktu 9 oraz człon opóźniający 10, natomiastjedno z dwu wyjść układu sterującego 8 podłączone jest do wejścia układu próbkująco-pamiętającego 5, a drugie do wejścia regulatora 6.

W układzie sterującym 8, w zależności od czasu wymaganego na przejście ultradźwiękowego sygnału pomiarowego od przetwornika 2, do przetwornika 3 otrzymuje się sygnał już przekształcony o wartości proporcjonalnej do mierzonej odległości. W celu zmniejszenia podatności urządzenia na zakłócenia odbioru sygnału pomiarowego spowodowane zmien4

162 799 nością warunków jego odbicia przy nierównomiernościach powierzchni odbijającej podłoża, maksymalna wartość odbicia, decydująca o poprawności wyniku pomiaru, jest w każdym takcie roboczym urządzenia stabilizowana na wyjściu układu filtra ze wzmacniaczem 4. Funkcję tę realizuje układ próbkująco- pamiętający 5, regulator 6 oraz układ sterujący 8. W układzie 5 wyodrębniany jest tylko sygnał maksymalny odbicia i tylko on przekazywany jest do regulatora

6. Będące natomiast źródłem zakłóceń odbicia wtórne sygnału są w układzie 5 pomijane. Nie biorą one zatem udziału w dalszym obiegu zasadniczego sygnału pomiarowego, a tym samym nie wpływają na zniekształcanie wyniku pomiaru. Sygnały do sterowania układem próbkującopamiętającym 5 oraz regulatorem 6 wypracowywane są w układzie sterującym 8 na podstawie sygnałów z komparatora 7, generatora taktu 9 oraz z członu opóźniającego 10. Człon opóźniający 10 zabezpiecza dodatkowo pomiar przed zakłócającymi go wtórnymi odbiciami sygnału ultradźwiękowego, przez zawężenie czynnego okresu taktu roboczego urządzenia do wielkości umożliwiającej odbiór jedynie poprawnego, decydującego o poprawności wyników, odbicia tego sygnału. Urządzenie zasilane jest prądem stałym z baterii nie uwidocznionej na rysunku.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie ultradźwiękowe do pomiaru odległości składające się z generatora drgań elektrycznych ze wzmacniaczem mocy, piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego, piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika odbiorczego, układu filtra ze wzmacniaczem, komparatora, układu sterującego oraz generatora taktu, przy czym wyjście generatora drgań elektrycznych połączone jest z wejściem piezoelektrycznego ultradźwiękowego przetwornika nadawczego, natomiast wyjście piezoelektrycznego przetwornika odbiorczego połączone jest z wejściem układu filtra ze wzmacniaczem, którego wyjście połączone jest z wejściem komparatora, a wyjście komparatora połączone jest z wejściem układu sterującego, drugie zaśwejście układu sterującego połączone jest z wyjściem generatora taktu, połączonego oprócz tego również z wejściem generatora drgań elektrycznych ze wzmacniaczem mocy, znamienne tym, że wyposażone jest w układ próbkująco-pamiętający (5), regulator (6) oraz w człon opóźniający (10), którego wejście połączone jest z wyjściem generatora taktu (9) a wyjście z wejściem układu sterującego (8), przy czym wyjście układu filtra ze wzmacniaczem (4) połączone jest z wejściem układu próbkująco-pamiętającego (5) i równocześnie z wejściem komparatora (7), natomiast wyjście układu próbkująco-pamiętającego (5) połączone jest z wejściem regulatora (6), którego wyjście połączone jest z wejściem sterującym wzmacniacza w układzie (4), zaś wejścia sterujące układu próbkująco-pamiętającego (5) połączone są z wyjściami układu sterującego (8).