RU2123191C1 - Эхолот - Google Patents
Эхолот Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123191C1 RU2123191C1 RU97111517A RU97111517A RU2123191C1 RU 2123191 C1 RU2123191 C1 RU 2123191C1 RU 97111517 A RU97111517 A RU 97111517A RU 97111517 A RU97111517 A RU 97111517A RU 2123191 C1 RU2123191 C1 RU 2123191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- echo
- amplifier
- unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидроакустическим приборам, предназначенным для измерения глубины, и может быть использовано при создании портативных устройств. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости и точности портативного эхолота в различных условиях применения. Для решения данной задачи в эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к генератору радиоимпульсов и усилителю, введен блок временной автоматической регулировки усиления, первым входом подключенный к второму выходу синхронизирующего устройства, вторым - к второму выходу устройства измерения временных интервалов, а выходом - к второму входу усилителя. 2 з. п. ф- лы, 7 ил.
Description
Изобретение относится к гидроакустическим приборам, предназначенным для измерения глубины, и может использоваться при создании портативных эхолотов, например, для любительского лова рыбы, водного туризма и т.п.
Известны различные конструкции эхолотов, содержащие передатчик с вибратором-излучателем зондирующих ультразвуковых импульсов, тракт приема отраженных эхосигналов с вибратором-приемником и тракт обработки, а также индикации результатов измерения глубины. Индикация может осуществляться с помощью самопишущих приборов, визуальных или цифровых указателей или с помощью ЭВМ (см. , например, а.с. СССР N 284869, G 01 S 15/00, БИ N 9 1990 г., пат. РФ N 1838801, G 01 S 15/00, БИ N 32, 1993 г., пат. США N3500302, кл. 340-3, опубл. 1970 г.).
Известные двухвибраторные эхолоты, где тракты приема и излучения разделены, обеспечивают достаточно высокую точность измерения и помехоустойчивость. Однако, их реализация требует, как правило, стационарного размещения на судне и затрудняет создание портативных конструкций. Для создания портативных эхолотов используют одновибраторную конструкцию, в которой излучатель зондирующих импульсов осуществляет также и прием отраженного эхосигнала.
Известен одновибраторный эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к генератору радиоимпульсов и входу усилителя. Второй выход синхронизирующего устройства подключен к второму входу устройства измерения временных интервалов, которое в данном эхолоте включает последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C, выполненный на RS-триггере (H - измеряемая глубина, C - скорость распространения ультразвука в воде), устройство совпадения, выполненное в виде электронного ключа, и цифровой счетчик, а также генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу устройства совпадения. Работа такого прибора управляется синхронизирующим устройством, роль которого в известном эхолоте играет тактовый генератор и одновибратор, формирующий тактовый импульс, по длительности равный зондирующему. Импульсы синхронизирующего устройства устанавливают счетчик в исходное (нулевое) состояние и закрывают приемник, делая его нечувствительным к сигналам на время передачи зондирующих импульсов. Тактовый импульс запускает генератор радиоимпульсов (передатчик) который, управляя пьезовибратором, формирует зондирующий импульс. Одновременно устройство совпадения, выполненное в виде электронного ключа, начинает пропускать на счетчик импульсы образцовой частоты от генератора импульсов, входящего в состав устройства измерения временных интервалов. По окончании работы передатчика приемник открывается и приобретает нормальную чувствительность. Эхосигнал, отраженный от дна, принимается пьезовибратором и после усиления в приемнике закрывает электронный ключ. Информация с цифрового счетчика поступает на индикатор, на котором высвечивается значение измеряемой глубины.
Описанный прибор выполнен в виде портативной конструкции и работает от автономного источника питания - батарейки (см. журнал "Радио", 1988 г., N 10, с. 32-36). Данный эхолот, как наиболее близкий к предлагаемому, принят за прототип.
Основной недостаток такого эхолота - низкая помехоустойчивость. При измерении малых глубин реверберационная помеха (паразитные переотражения ультразвукового импульса на всем пути его прохождения в водной среде) в данном эхолоте может привести к существенной ошибке измерения глубины. Кроме того, отраженный от дна сигнал может быть ослаблен из-за физических характеристик дна (наличие ила и т.п.), качки плавсредства или из-за отклонения диаграммы направленности при волнах, что может привести к его пропуску и, как следствие, к значительной ошибке измерения глубины. Другим источником помех для точного измерения глубины являются различные плавающие объекты (пузырьки воздуха, рыбы и т.п.). Отраженный от них сигнал может быть принят как сигнал от дна и привести к сбою показаний прибора. Кроме того, необходимо отметить, что в описанном эхолоте интервал времени между измерениями достаточно велик (составляет 10 с), что существенно снижает точность измерения, особенно при измерениях с движущейся лодки.
Настоящее изобретение решает задачу повышения помехоустойчивости и соответственно точности портативного эхолота в различных условиях эксплуатации.
Для решения этой задачи в известный эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к генератору радиоимпульсов и первому входу усилителя, причем второй выход синхронизирующего устройства подключен к второму входу устройства измерения временных интервалов, введен блок временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), первый вход которого соединен со вторым выходом синхронизирующего устройства, второй вход - со вторым выходом устройства измерения временных интервалов, а выход - со вторым входом усилителя.
Для дальнейшего повышения помехоустойчивости за счет устранения помехи, связанной с возможным пропуском эхосигнала, в устройство измерения временных интервалов, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C, устройство совпадения и счетчик, а также генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу устройства совпадения, дополнительно введен блок устранения ошибки из-за пропуска эхо-сигнала (БУО), включенный между формирователем импульсов длительностью 2H/C и устройством совпадения, так, что первый вход БУО соединен с выходом формирователя импульсов длительностью 2H/C, второй вход - со вторым входом формирователя импульса длительностью 2H/C, а выход - с первым входом устройства совпадения.
Для обеспечения возможности автономной эксплуатации пьезовибратор выполнен в виде поплавка со смещенным по вертикали центром тяжести так, что поплавок, попав в воду произвольным образом, всегда установится так, чтобы зондирующий сигнал был направлен ко дну водоема.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого эхолота, на фиг.2 - временная диаграммы его работы, на фиг.3 - блок-схема устройства измерения временных интервалов, на фиг.4 - функциональная схема ВАРУ, на фиг.5 - временная диаграмма его работы, на фиг.6 - функциональная схема блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала, на фиг.7 - временная диаграмма его работы.
Предлагаемый эхолот содержит последовательно соединенные синхронизирующее устройство 1, генератор радиоимпульсов 2, усилитель 3, детектор 4, пороговое устройство 5, устройство измерения временных интервалов 6 и блок индикации 7, а также пьезовибратор 8, подключенный к выходу генератора радиоимпульсов 2 и к первому входу усилителя 3, и блок ВАРУ 9, первый вход которого соединен с вторым выходом синхронизирующего устройства 1, второй вход - с вторым выходом устройства измерения временных интервалов 6, а выход - с вторым входом усилителя 3. Второй вход устройства измерения временных интервалов 6 подключен ко второму входу синхронизирующего устройства 1.
Для обеспечения повышенной помехоустойчивости эхолота устройство измерения временных интервалов 6 (фиг.3.) содержит последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2H/C 10, блок устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11, устройство совпадения 12 и счетчик 13, а также генератор тактовых импульсов 14, выход которого подключен к второму входу устройства совпадения 12, причем второй вход формирователя импульсов длительностью 2H/C 10 соединен с вторым входом блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11.
Предлагаемый эхолот работает следующим образом.
Электрические импульсы синхронизирующего устройства 1 периодически, начиная с момента t1 (фиг.2.), возбуждают генератор радиоимпульсов 2, который вырабатывает электрические сигналы, возбуждающие в пьезовибраторе 8 механические колебания, которые передаются в виде зондирующих импульсов с постоянной скоростью в направлении дна водоема. Период повторения зондирующих импульсов равен 2Hmax/C, где Hmax - максимальная измеряемая глубина. Часть энергии зондирующего импульса, отраженного от дна, возвращается обратно к пьезовибратору с задержкой t5-t1, равной отношению двойной глубины к скорости распространения ультразвука в воде. Отраженный от дна ультразвуковой импульс преобразуется пьезовибратором 8 в электрический радиоимпульс (эхосигнал), который после усиления усилителем 3, детектирования детектором 4 и формирования пороговым устройством 5 поступает на первый вход формирователя импульсов 10 устройства измерения временных интервалов 6. Передним фронтом стробирующего импульса, поступающего с второго выхода синхронизирующего устройства 1, формирователь 10 предварительно установлен в исходное положение.
При поступлении эхосигнала формирователь 10 переходит в другое состояние, в результате чего на его выходе образуется импульсный сигнал, длительность tи которого равна времени прохождения зондирующего сигнала от поверхности до дна водоема, т.е. tи (диаграмма "д", фиг.2.).
Их схемы блока ВАРУ 9 (фиг.4) и временной диаграммы его работы (фиг.5) видно, что во время действия стробирующего импульса (t1-t4), поступающего со второго выхода синхронизирующего устройства 1, ключ К1, К2, К3 замкнуты. При этом вход усилителя 3 шунтирован и сигнал на его выходе отсутствует. На конденсаторе C2 установлено начальное напряжение, определяемое соотношением резисторов R2, R3, R4. С окончанием стробирующего импульса, начиная с t4, ключи К1, К2 выключаются. С этого момента конденсатор C1 заряжается через резистор R1. Выходное напряжение ВАРУ 9 с R1, C1 поступает на второй вход усилителя 3, управляя его коэффициентом усиления так, что коэффициент усиления возрастает с возрастанием измеряемой глубины, компенсируя ослабление эхосигнала. Поступающий эхосигнал через формирователь импульсов 10 устройства измерения временных интервалов 6 выключает ключ К3. Постоянная времени цепи R4, C2 выбрана таким образом, чтобы напряжение на C2 и тем самым начальный уровень ВАРУ 9 Uнy изменялось обратно пропорционально отношению длительности импульса на выходе формирователя 10 к периоду его повторения и тем самым измеряемой глубине. При этом характеристика ВАРУ 9 смещается, причем большей глубине (H2) соответствует меньший начальный уровень Uнy (фиг.5). В результате коэффициент усиления усилителя 3 для эхосигнала, соответствующего глубинам, меньшим измеряемой, заметно падает и эхосигналы от различных плавающих объектов ослабляются и не проходят через пороговое устройство 5, что существенно повышает помехоустойчивость эхолота.
Выходной сигнал порогового устройства 5 поступает на первый вход устройства измерения временных интервалов 6, где с помощью формирователя 10 вырабатывается импульс длительностью 2H/C, который вместе с импульсным сигналом генератора тактовых импульсов 14 поступает на вход устройства совпадения 12. Генератор тактовых импульсов 14 вырабатывает импульсную последовательность, частота которой равна отношению скорости распространения звука в воде к двойной минимальной разрешаемой глубине. Так, при минимальной разрешаемой глубине 1 см и скорости распространения ультразвука в воде 1500 м/с частоты генератора 14 равна 75 кГц, а промежуток времени t1-t2 (фиг.2) равен 13,3 мкм.
На выходе электрического устройства совпадения 12 формируются пачки импульсов с частотой заполнения, равной частоте тактового генератора (диаграмма "е", фиг. 2) и длительностью пачки, равной длительности импульса на выходе формирователя 10. Количество импульсов в пачке равно глубине водоема в сантиметрах. Счетчик 13 осуществляет накопление этих импульсов сигналов за определенное время, получая в результате число, равное значению измеряемой глубины.
Период повторения зондирующих импульсов в предлагаемом эхолоте (40 мс) существенно меньше, чем в прототипе (10 с). Это позволяет для повышения точности измерений глубины осуществить в счетчике вычисление значения глубины по "n" замерам, которое в виде двоично-десятичного кода поступает на вход блока индикации 7. Это позволяет существенно уменьшить влияние случайных ошибочных замеров, в том числе реверберационной помехи, на результат измерения и тем самым повысить точность эхолота.
Блок цифровой индикации 7, на который поступает код со счетчика 13, отображает значения глубины в десятичной системе исчисления.
Таким образом, введение ВАРУ и его соединение с синхронизирующим устройством, усилителем и формирователем импульсов длительностью 2H/C позволяет обеспечить значительное повышение помехоустойчивости эхолота за счет:
- надежного обнаружения эхосигналов на всех измеряемых глубинах выбором характеристики ВАРУ и зависимости пороговой чувствительности от глубины;
- возможности уменьшения периода повторения зондирующих импульсов и перехода от измерений мгновенных значений глубины к ее среднему значению за определенное время;
- надежность подавления эхосигналов от посторонних плавающих объектов, расположенных на глубинах, меньших измеряемой.
- надежного обнаружения эхосигналов на всех измеряемых глубинах выбором характеристики ВАРУ и зависимости пороговой чувствительности от глубины;
- возможности уменьшения периода повторения зондирующих импульсов и перехода от измерений мгновенных значений глубины к ее среднему значению за определенное время;
- надежность подавления эхосигналов от посторонних плавающих объектов, расположенных на глубинах, меньших измеряемой.
Необходимо отметить, что использование ВАРУ в эхолотах известно (см., например, а. с. СССР N 441537, G 01 S 11/14, БИ N 32, 1974 г.; а.с. СССР N 284869, G 01 S 15/00, БИ N9, 1990 г.).
Однако в первом из упомянутых устройств сигнал на вход блока ВАРУ поступает от генератора тактовых импульсов и непосредственно от пьезовибратора-приемника. ВАРУ принимает отраженный эхосигнал и снижает коэффициент усиления усилителя в начале периода повторения зондирующих импульсов, в результате чего уменьшается протяженность "мертвой" зоны, но помехи, связанные с отражением от случайных плавающих объектов не устраняются. В эхолоте по а.с. N 284869 коэффициент усиления усилителя возрастает с увеличением глубины, но не обеспечивается помехоустойчивость, связанная с наличием на глубинах, меньших измеряемой посторонних плавающих объектов.
Помехоустойчивость предлагаемого эхолота существенно повышается при введении в устройство измерения временных интервалов 6 блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала 11, который теперь управляет счетом тактовых импульсов, пропуская импульсы тактового генератора в течение длительности импульса, пропорциональной измеряемой глубине.
Как видно из фиг.6 и 7 сигнал с выхода формирователя импульсов 2H/C 10, изображенного на схеме в виде R - S - триггера, поступает на формирователь F1 копии основного сигнала с выхода порогового устройства 5. Сигналы с выхода формирователя F1 (диаграмма "г", фиг.7) и с выхода схемы задержки C3 (диаграмма "к", фиг. 7) управляет работой R-S-триггера Т1 (диаграмма "л", фиг. 7), который, в свою очередь, управляет работой D-триггера Т2 таким образом, что на его выходе образуется сигнал, изображенный на диаграмме "и" фиг. 7. При отсутствии пропусков эхосигнала этот сигнал повторяет выходной сигнал формирователя импульсов длительностью 2H/C 10, задержанный на период зондирующих импульсов. В случае пропуска эхосигналов (моменты, отмеченные знаком (*) на фиг. 7) с выхода D-триггера Т2 на устройство совпадения 12 поступает сигнал, уровень которого запрещает передачу на выход устройства 12 и на счетчик 13 импульсов генератора тактовых импульсов 14. При этом в случае пропуска эхосигнала тактовые импульсы в счетчик не поступают и счетным устройством не регистрируются. Это исключает погрешность, связанную с пропуском эхосигнала, которая может быть весьма значительной даже при усреднении результатов замеров. Например, при измерении глубины 2 м в случае пропуска эхосигнала будет получен результат замера, равный максимальной измеряемой глубине (например, 40 м), а при усреднении результатов измерений даже по 16-ти замерам будет получен результат 4,37 м, что соответствует ошибке 118%.
Такой блок устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала впервые применен в устройстве измерения временных интервалов эхолота с цифровой системой отсчета.
Были изготовлены опытные образцы предлагаемого эхолота, которые успешно прошли натурные испытания как в летних условиях, так и зимой при измерении глубин через лунку при толщине льда до 60 см и при измеряемых глубинах от 20 см до 22 м.
Конструктивно эхолот состоит из двух частей: электронного блока с размерами 60х135х25 мм и пьезовибратора из керамики ЦТС-19 в герметичном корпусе ⌀ 60 мм и высотой 25 мм с кабелем длиной около 1 м.
Блоки 1, частично 2 и 6 выполнены в виде одной программируемой микросхемы типа Р1С 16С 54А. Усилитель мощности генератора радиоимпульсов выполнялся по схеме на составном транзисторном ключе (КТ 315Г и КТ 805А) и согласующем трансформаторе. Усилитель 3 и детектор 4 выполнялись на микросхеме типа К157ХА2. В схеме блока ВАРУ ( в качестве ключей К1, К2, К3 использовались транзисторы КТ315. Пороговое устройство 5 выполнялось по схеме компаратора с регулируемым порогом срабатывания на основе микромощного операционного усилителя типа К140УД12, обеспечивающего высокую стабильность и точность установки порога срабатывания, который может быть выбран оптимальным для получения заданной помехоустойчивости. Блок индикации 7 выполнялся на четырехразрядном жидкокристаллическом табло типа ИЖЦ-21-417. Табло показывает значения глубины в метрах с разрешением 1 см.
Эхолот питается от батареи типа "Крона" или такой же по размерам аккумуляторной батареи, которая обеспечивает непрерывную работу эхолота без подзаряда в течение 6-ти часов.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет создать портативный эхолот, простой и удобный в эксплуатации, обладающий высокой помехоустойчивостью и точностью измерений.
Claims (3)
1. Эхолот, содержащий последовательно соединенные синхронизирующее устройство, генератор радиоимпульсов, усилитель, детектор, пороговое устройство, устройство измерения временных интервалов и блок индикации, а также пьезовибратор, подключенный к выходу генератора радиоимпульсов и первому входу усилителя, причем второй выход синхронизирующего устройства подключен к второму входу устройства измерения временных интервалов, отличающийся тем, что в него введен блок временной автоматической регулировки усиления, первый вход которого соединен с формирующим стробирующий импульс вторым выходом синхронизирующего устройства, второй вход, обеспечивающий установку начального уровня, - с вторым выходом устройства измерения временных интервалов, а выход - с вторым входом усилителя.
2. Эхолот по п.1, отличающийся тем, что устройство измерения временных интервалов содержит последовательно соединенные формирователь импульсов длительностью 2 Н/С, где Н - измеряемая глубина, С - скорость распространения ультразвука в воде, блок устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала, устройство совпадения и счетчик, а также генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу устройства совпадения, причем второй вход формирователя импульсов длительностью 2Н/С соединен с вторым входом блока устранения ошибки из-за пропуска эхосигнала.
3. Эхолот по п.1 или 2, отличающийся тем, что пьезовибратор выполнен в виде поплавка со смещенным по вертикальной оси центром тяжести.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111517A RU2123191C1 (ru) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Эхолот |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111517A RU2123191C1 (ru) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Эхолот |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2123191C1 true RU2123191C1 (ru) | 1998-12-10 |
RU97111517A RU97111517A (ru) | 1999-02-10 |
Family
ID=20195043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97111517A RU2123191C1 (ru) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Эхолот |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2123191C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523104C1 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Эхолот с ледовой защитой |
RU2649027C1 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-03-29 | Владимир Васильевич Чернявец | Способ определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съёмке рельефа дна акватории, и устройство для его осуществления |
-
1997
- 1997-07-02 RU RU97111517A patent/RU2123191C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Яковлев А.Н. и др. Гидролокаторы ближнего действия. - Л.: Судостроение, 1983, с.167-168, рис.4. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523104C1 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Эхолот с ледовой защитой |
RU2649027C1 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-03-29 | Владимир Васильевич Чернявец | Способ определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съёмке рельефа дна акватории, и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4003244A (en) | Ultrasonic pulse-echo thickness measuring apparatus | |
WO1989001638A1 (en) | Apparatus for measuring distances | |
JPS5812548B2 (ja) | 液体内の含有気体泡測定装置 | |
US3624596A (en) | Ultrasonic range-attenuable depth-measuring system | |
JPS6219695B2 (ru) | ||
US3795893A (en) | Doppler speed log | |
US3766518A (en) | Apparatus for determining distance | |
US5009103A (en) | Ultrasonic thickness measuring method and apparatus | |
US3863198A (en) | Doppler sonar utilizing period measurement with thresholded receivers | |
US3787803A (en) | High performance meter depth sounder for automatically indicating depth without manual adjustment | |
JPS5856085B2 (ja) | 超音波パルスによる厚みまたは異常個所の深さを測定する方法および装置 | |
US4685093A (en) | Speed measurement device | |
RU2123191C1 (ru) | Эхолот | |
US3541499A (en) | Acoustic speedmeter (log) | |
US3789352A (en) | Method and apparatus for testing depth finders | |
JP3287938B2 (ja) | 水深測定方法及びその装置 | |
RU2195635C1 (ru) | Способ измерения уровня жидких и сыпучих сред | |
GB1119053A (en) | Improvements in or relating to ultrasonic measuring apparatus | |
JP2801997B2 (ja) | 潮流測定方法 | |
RU2020519C1 (ru) | Способ ультразвуковой локации | |
US3353149A (en) | Acoustic ranging system | |
SU284869A1 (ru) | Эхолот | |
JP2837484B2 (ja) | ドップラー式速度検出装置 | |
SU451031A1 (ru) | Ультразвуковой измеритель дальности | |
RU1835528C (ru) | Способ измерени действительной скорости движени наземных транспортных средств и устройство дл его осуществлени |