Эхоледомер

 

Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения льда на поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда. Цель изобретения - повышение надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличение достоверности результатов измерения толщины льда. Эхоледомер содержит синхронизаторы , схему задержки, генератор высо кочастотных и низкочастотных радиоимпульсов, коммутаторы прием-излучение , обратимую высокочастотную акустическую антенну, низкочастотную обратимую акустическую антенну, первый резонансный усилитель, второй резонансный усилитель, двухканальный регистратор, первый усилитель-ограничитель, второй усилитель-ограничитель, первый детектор, детектор, схему селекции эхоимпульсов от нижней поверхности льда, схему селекции эхоимпульсов от верхней поверхности льда, первый блок измерения расстояния, второй блок измерения расстояния, схему измерения времени запаздывания эхоимпульсов от нижней и верхней поверхностей льда, интегратор, ключ, измеритель амплитуды, индикатор, инвертор, формирователь строб-импульсов. 3 ил. Чи и

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s G 01 S 15/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921588/22 (22) 25.03.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (72) А.M. Гаврилов (56) 1. Патент CLLjA hh 4697254, кл, 367/92, 1986.

2. Богородский А.В. и др. Гидроакустическая техника исследования и освоения

Океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с. 9395. (54) ЭХОЛЕД01ЛЕР (57) Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения льда на поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда. Цель изобретения — повышение надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличение достоверности результатов измерения толИзобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения льда,на поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда с подводного аппарата.

Цель изобретения — повышение надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличение достоверности результатов измерения толщины льда.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого эхоледомера; на фиг.2 — условная схема эксплуатации; на фиг.3—

„„ Ы„„1818608 А1 щины льда. Эхоледомер содержит синхронизаторы, схему задержки, генератор высо. кочастотных и низкочастотных радиоимпульсов, коммутаторы прием-излучение, обратимую высокочастотную акустическую антенну, низкочастотную обратимую акустическую антенну, первый резонансный усилитель, второй резонансный усилитель, двухканальный регистратор, первый усилитель-ограничитель, второй усилитель-ограничитель, первый детектор, детектор, схему селекции эхоимпульсов от нижней поверхности льда, схему селекции эхоимпульсов от верхней поверхности льда, первый блок измерения расстояния, второй блок измерения расстояния, схему измерения времени запаздывания эхоимпульсов от нижней и верхней поверхностей льда, интегратор, ключ, измеритель амплитуды, индикатор, инвертор, формирователь строб-импульсов. 3 ил. эпюры напряжений, поясняющих работуустройства.

Эхоледомер содержит последовательно соединенные синхронизатор-1 и схему задержку импульсов 2, нагруженную на входы генератора высокочастотных 3 и генератора низкочастотных радиоимпульсов 4, которые через коммутатора прием-излучение 5 и 6 соединены с высокочастотной обратимой акустической антенной 7 и низкочастотной обратимой акустической антенной 8, подключенный ко второму выходу коммутатора

5 первый резонансный усилитель 9 и подключенный ко второму выходу коммутатора

1818608

6 второй резонансный усилитель 10, нагруженные на раздельные входы двухканального регистратора 11, соединенный с выходом резонансного усилителя 9 первый усилитель-ограничитель 12, подключенный к выходу резонансного усилителя 10 второй усилитель-ограничитель 13, подключенный к выходу усилителя-ограничителя 12 первый детектор 14, подключенный к выходу усилителя-ограничителя 13 детектор 15, подключенную к выходам детекторов 14 и

15 схему селекции эхо-импульсов от нижней поверхности льда 16, подключенную к выходам детекторов 14 и 15 схему селекции эхоимпульсов от верхней поверхности льда 17, подключенный к выходу схемы селекции 16 и выходу схемы задержки 2 первый блок измерения расстояния 18, подключенный к выходу схемы селекции 17 и выходу схемы задержки 2 второй блок измерения расстояния 19, подключенная к выходам блоков измерения расстояния 18 и 19 схема измерения толщины льда, состоящая из последовательно соединенной схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхности льда 20, подключенной первым входом с выходом блока измерения расстояния 18 и вторым входом с выходом блока измерения расстояния 19, интегратора 21, ключа 22, измерителя амплитуды 23 и индикатора 24, установочный вход интегратора 21 соединен с выходом схемы задержки 2, инвертор 25 включен между выходом схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов 20 и С-входом формирователя строб-импульса 26, R-вход которого соединен с выходом схемы задержки 2, à S-вход соединен с выходом синхронизатора 1, выход формирователя 26 соединен с управляющим входом ключа 22.

Работает эхоледомер следующим образом.

Волновые размеры НЧ- и ВЧ-акустических антенн, т.е. отношение поперечного размера антенн к длине акустической волны в воде, выбираются одинаковыми, что позволяет при близком взаимном размещении антенн совместить их диаграммы направленности. Размеры основных и дополнительных лепестков должны быть одинаковыми, а их акустические оси совмещены (см. фиг.2). Это обеспечивает однозначность идентификации эхо-сигналов от нижней поверхности льда, т.е. от границы вода/лед, либо от поверхности вода/воздух в случае отсутствия льда. Классификационным признаком таких эхо-сигналов, отличающим их от эхо-сигналов, пришедших от границы лед/воздух, является присутствие одновременно сигналов низкой и высокой частот. Это объясняется небольшим затуханием акустических НЧ и ВЧ волн в воде при ограниченном расстоянии до льда (1 — 100 м)

5 и равными расстояниями, проходимыми

НЧ- и ВЧ-сигналами благодаря равенству и соосности диаграмм направленности.

Классификационным признаком эхосигналов, прошедших в лед, и отразившихся

10 от поверхности лед/воздух является присутствие в них только НЧ-колебаний из-зэ сильного затуханием ВЧ-сигналов во льду.

Измерение толщины льда осуществляется по времени запаздывания эхо-сигнала, 15 отразившегося от границы лед/воздух и содержащего колебания низкой частоты, относительно пришедшего первым эхо-сигнала, отразившегося от границы вода/лед и содержащего одновременно колебания низ20 кой и высокой частот. Все последующие эхо-сигналы, содержащие ВЧ- и ВЧ-колебания, исключаются так как они порождены боковыми лепестками диаграмм направленности и не соответствуют кратчайшему рас25 стоянию до льда. Оси боковых лепестков ОВ . диаграммы направленности, фиг.2, расположены под наклоном, в то время как оси главных лепестков ОА ориентированы нормально к отражающей поверхности. Поэто30 му сигналы боковых лепестков проходят большее расстояние «ем сигнал главного лепестка, что позволяет их разделить во времени и исключить. Устранение всех эхо-сигналов, следующих за первым и, со35 держащих НЧ- и ВЧ-колебания, исключает ошибку принятия эхо-сигнала бокового лепестка за эхо-сигнал от границы лед/воздух, что устраняет ошибку в определении толщины льда, а в случае отсутствия льда—

40 исключает ошибочную информацию о его наличии. Таким образом, устраняется неоднозначность измерений, что увеличивает достоверность результатов измерения толщины льда.

45 Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы v>, фиг.3, поступающее на схему задержки импульсов 2,.которая вырабатывает задержанные на время Лтз д «Т, где Т— период следования, импульсы vz. Импульсы

50 vz поступают на запускающие входы генераторов радиоимпульсов 3 и 4, которые вырабатывают радиоимпульсы чз и v4 с частотой заполнения f u Fz и длительностью

ht (10...20)/F. Эти радиоимпульсы через

55 коммутаторы прием/излучения 5 и 6 поступают на высокочастотную 7 и низкочастотную 8 обратимые акустические антенны, которые излучают в воду акустические радиоимпульсы с частотами f u F. Эхо-сигналы

1818608

10 ее выходе чд отличен от нуля только при наличии сигналов на обоих входах схемы 16, 20 принимаются обеими антеннами, работающими в режиме приема, проходят через коммутатора 5 и 6 и усиливаются в резонансном усилителе 9, настроенном на частоту и в резонансном усилителе 10, настроенном на частоту F, Сигналы vg и чв с выходом резонансных усилителей поступают на двухканальный регистратор 11, где производится запись профиля границы вода/лед и границы лед/воздух. Напряжения v7 и чв, пройдя усилители-ограничители 12 и 13, амплитудные детекторы 14 и 15, преобразуются в однополярные видеоимпульсы с нормированной амплитудой ч7 и v8. Напр жения v7 и чв поступают на выходы схемы селекции эхо-импульсов от нижней поверхности льда 16, в качестве которой используется схема совпадения (схема И). Сигнал на

Напряжения v7 и чя поступают на входы схемы селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда 17, в качестве которой используется схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ. Сигнал vg поступает íà R-вход, сигнал

vz поступает íà S-вход первого блока измерения расстояния 18, нэ выходе которого вырабатывается импульс v12, длительность которого соответствует расстоянию до нижней поверхности льда. S качестве блока 18 используется асинхронный RS-триггер с прямыми входами. Сигнал v 0 поступает на

R-вход, а сигнал ч2 поступает на S-вход второго блока измерения расстояния 19, на выходе которого вырабатывается импульс v>z, длительность которого соответствует расстоянию до верхней поверхности льда. В качестве блока 19 используется асинхронный RS-триггер с прямыми входами. Сигналы vi> и чи поступают на входы схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхностей льда 20, на выходе которой вырабатывается импульс vugg, длительность которого пропорциональна толщине льда. В качестве схемы

20 используется схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ

ИЛИ. Напряжение ч1з поступает на сигнальный вход интегратора 21, который предварительно был установлен в начальное состояние импульсом vz, поданным на установочный вход интеграторов. На выходе интегратора 21 появляется напряжение v<4, амплитуда которого пропорцибнальна длительности импульса viz. Напряжение ч14 поступает на ключ 22, управляемый стробирующим импульсом ч15, в течение которого сигнал с выхода интегратора 21 поступает на вход измерителя амплитуды 23 ч в. Стробировэние устраняет возможность измерения схемой 23 промежуточных зна25

55 чений напряжения v>4, исключая получение ошибочной информации о толщине льда.

Напряжение ч1 поступает íà S-вход, напряжение vz поступает íà R-вход и напряжение с выхода инвертора 25 поступает на установочный С-вход формирователя строб-импульса, на выходе которого вырабатываются строб-импульсы v>s, длительность которых равна времени задержки

Л t»q схемы 2. В качестве формирователя 26 используется синхронный RS-триггер. Введение инвертора 25 исключает выработку формирователем 26 строб-импульса в случае отсутствия эхо-сигнала от границы лед/воздух, т.е, в случае отсутствия льда. В этом случае на измеритель амплитуды 23 сигнал ч14 с интегратора 21 не поступает, что соответствует нулевой толщине льда.

В предлагаемом эхоледомере классификация отражающих границ для определения наличия льда осуществляется по частотному составу эхо-сигналов введением селекции эхо-сигналов от нижней и верхней границ льда при использовании НЧ и ВЧ антенн с одинаковыми волновыми размерами, ориентированными соосно. Увеличение достоверности результатов измерения толщины льда осуществлено благодаря исключению ложных срабатываний измерительной схемы в случае отсутствия льда, при промежуточных значениях напряжения в интеграторе и при наличии эхо-сигналов от границы вода/лед боковых лепестков характеристик направленности антенн, Формула изобретения

Эхоледомер, содержащий синхронизатор, генератор высокочастотных радиоимпульсов, генератор низкочастотных радиоимпульсов, высокочастотную акустическую обратимую антенну, низкочастотную акустическую обратимую антенну, два резонансных усилителя, двухканальный регистратор, два блока измерения дальности, О т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности обнаружения льда на поверхности воды и увеличения достоверности результатов измерения толщины льда, в него введены первый коммутатор прием-излучение, включенный между выходом генератора высокочастотных радиоимпульсов и высокочастотной акустической обратимой антенной, второй коммутатор прием-излучение, включенный между выходом генератора низкочастотных радиоимпульсов и низкочастотной акустической обратимой антенной, схема задер>кки импульсов, включенная между синхронизатором и входами генераторов низкочастотных и высокочастотных рэдиоимпульсов, после1818608

Фиг.1 довательно соединенные первый усилитель-ограничитель, подключенный к выходу первого резонансного усилителя и первому входу регистратора, первый детектор и схема селекции эхо-импульсов от нижней по- 5 верхности льда, нагруженная íà R-вход первого блока измерения расстояния, последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель, подключенный к выходу второго резонансного усилителя и второму 10 входу регистратора, второй детектор и схема селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда, нагруженная на R-вход второго блока измерения расстояния, при этом второй вход схемы селекции эхо-им- 15 пульсов от нижней поверхности льда соединен с выходом второго детектора, второй вход схемы селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда соединен с выходом первого детектора, вход первого резонанс- 20 ного усилителя соединен с вторым выходом первого коммутатора прием-излучение, вход второго резонансного усилителя соединен с вторым выходом второго коммута25 тора прием-излучение, к выходам первого и второго блоков измерения расстояния, Sвходы которых соединены с выходом схемы задержки импульсов, подключена схема измерения толщины льда, первый вход которой подсоединен к выходу первого блока измерения расстояния, второй вход соединен с выходом второй схемы измерения расстояния, а выход — с последовательно соединенными интегратором, установочный вход которого соединен с выходом схемы задержки импульса, ключом, измерителем амплитуды и индикатором, между выходом схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхностей льда и управляющим входом ключа включены инвертор и последовательно с ним соединенный С-входом формирователь строб-импульса, R-вход которого соединен с выходом схемы задержки импульса, а S-вход соединен с выходом синхронизатора, высокочастотная и низкочастотная акустические обратимые антенны закреплены соосно.

1818608

Ь 75

Редактор

Заказ 1937 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Z и>

Dy

bg ф

Уу ф

Оу

ЙО

Й7 йг йз

Составитель А.Зарубин

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи