Сенсорное устройство и способ управления работой сенсорного устройства

Использование: для контроля ультразвукового датчика по характеристики импеданса датчика. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство содержит датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, при этом оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений. Технический результат: обеспечение возможности минимизации помех во время штатного функционирования сенсорного устройства, а также обеспечение раннего обнаружения неисправности датчика. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к сенсорному устройству, содержащему датчик, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к способу эксплуатации сенсорного устройства согласно ограничительной части пункта 12 формулы изобретения.

Сенсорное устройство для измерения расстояний, содержащее средства проверки функционирования датчика, известно, например, из публикации DE 102005057973 А1.

В этой публикации описан способ проверки функционирования ультразвукового датчика, установленного на транспортном средстве, характеризующийся тем, что в режиме проверки излучается ультразвуковой сигнал такой силы, что в обычных условиях этот ультразвуковой сигнал отражается от поверхности земли перед транспортным средством и снова принимается.

При этом такая проверка является сравнительно ″грубой″.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке сенсорного устройства с еще более улучшенной надежностью функционирования.

Указанная задача решается согласно настоящему изобретению признаками пункта 1 формулы изобретения и признаками пункта 12 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Объектом настоящего изобретения является сенсорное устройство, содержащее датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн.

Средства обнаружения преобразуют звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые блоком обработки сигналов.

Отличительной особенностью изобретения является то, что предлагаемое в изобретении сенсорное устройство имеет устройство функционального контроля, определяющее характеристику импеданса, или полного сопротивления, в зависимости от частоты возбуждения. При этом устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

В основу изобретения положено осознание того, что по форме характеристической кривой можно сделать достоверные выводы относительно работоспособности датчика. Для этого, например, можно анализировать отдельные участки характеристики.

В общем случае на качестве работы датчика на излучение или прием сигналов может отрицательно сказываться отложение на нем таких веществ, например, как лед, снег и/или грязь (слякоть).

В случае загрязнения датчика, следствием чего является изменение его массы, он имеет измененные параметры колебаний.

Кроме того, нарушение функционирования датчика может иметь место, например, вследствие его старения или разрыва токопроводящей линии. Из-за воздействия таких вредных факторов применение известных сенсорных устройств не позволяло рассчитывать на надежные показания.

Для определения импеданса в случае типового датчика в рабочем состоянии в преобразователе звука этого датчика посредством соответствующей цепи возбуждают колебания определенной частоты (частоты возбуждения), одновременно измеряя на преобразователе звука уровень напряжения.

Импеданс вычисляется на основании отношения напряжения к току, причем кривая зависимости импеданса от частоты возбуждения имеет характерную форму.

Загрязнение или старение датчика может быть установлено по изменению формы соответствующей характеристики импеданса.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, заключаются в минимизации помех, создаваемых встроенным контролем датчика для штатного функционирования сенсорного устройства, а также в обеспечении раннего обнаружения неисправности датчика за счет квазинепрерывного контроля его работоспособности. В случае проведения измерений импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений указанные результаты достигаются разнесением измерений импеданса и штатных измерений во времени. В результате этого проведение контроля не нарушает нормальную работу по проведению измерений. В частности, благодаря этому не происходит уменьшения требуемых измерительных циклов. В случае проведения измерений импеданса путем возбуждений колебаний с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, результаты достигаются за счет исключения наложения частот, создающего искажения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью сравнения имеющейся характеристики импеданса с определенной характеристикой импеданса.

Путем такого сравнения можно легко выявлять изменения в форме характеристики, которые, в частности, приводят к нарушению функционирования датчика.

Для выполнения такого сравнения можно привлекать, например, хранящуюся в устройстве характеристику безупречно функционирующего (т.е. заведомо исправного) датчика, в частности, того же самого типа.

Также допустимо использовать для такого сравнения характеристику, получаемую по результатам измерений рабочих параметров датчика, проводимых вскоре после его ввода в эксплуатацию, относительно которого предполагается, что не может быть сомнений в безупречности его функционирования.

Кроме того, предпочтительно, чтобы устройство функционального контроля при сравнении характеристик импеданса в зависимости от выявленных различий или при анализе характеристики импеданса могло генерировать сигнал контроля.

В этом случае устройство функционального контроля в состоянии самостоятельно предпринимать оценку измеренной характеристики импеданса или сопоставлять полученную в результате измерений характеристику импеданса с имеющейся характеристикой импеданса и из этого делать выводы о состоянии датчика.

Преимущество этого заключается в том, что сгенерированный таким образом сигнал контроля может быть использован, например, для предупреждающего указания на ошибочное функционирование датчика.

Генерирование сигнала контроля особенно целесообразно в тех случаях, когда превышена допустимая степень загрязнения, при обрыве провода, например на пьезоэлементе, и/или при обусловленном старением уменьшении интенсивности излучаемого или принимаемого сигнала в такой мере, которую уже нельзя считать допустимой.

Также допустимо, что устройство функционального контроля не само анализирует зарегистрированную характеристику, а пересылает ее для проведения анализа в блок управления, в котором, например, также может быть проведено ее сравнение с имеющейся характеристикой импеданса.

Еще один предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает наличие запоминающего устройства (средств памяти), предназначенного для хранения значений импеданса.

Преимущество наличия этого запоминающего устройства заключается в том, что для проведения оценки работоспособности соответствующего датчика можно в любое время использовать уже определенные значения импеданса.

При этом формирование сигнала контроля может осуществляться посредством соответствующего блока управления.

Еще один предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что устройство функционального контроля при определении характеристики импеданса может быть выполнено с возможностью возбуждения колебаний с амплитудой, сопоставимой с амплитудой в нормальном режиме измерений, когда измерения импеданса проводятся в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

Кроме того, в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью возбуждения во время измерения импеданса колебаний с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом, получаемым в нормальном режиме измерений. За счет того, что устройство функционального контроля возбуждает колебания с меньшей амплитудой, во время нормального режима измерений можно избежать наложения частот, создающего искажения.

Вместе с тем, если в распоряжении имеется достаточное количество измерительных циклов, также допустимо выполнение устройства функционального контроля с возможностью замены отдельных измерительных циклов датчика измерительными циклами, предназначенными для измерения импеданса.

Кроме того, предпочтительно, чтобы датчик или измерительная система, были выполнены с возможностью работы в нормальном режиме измерений с различными частотами, чтобы посредством устройства функционального контроля параллельно регистрировать характеристику импеданса.

Преимущество такого типа работы устройства функционального контроля заключается в том, что можно избегать мешающих наложений звука и осуществлять измерения импеданса в фоновом режиме.

Кроме того, в еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрено выполнение устройства функционального контроля с возможностью определения с использованием соответствующих алгоритмов на основе характеристики импеданса, при необходимости - одной отдельной характеристики импеданса, параметров схемы замещения (эквивалентной схемы) для датчика.

Преимущество этого состоит в том, что параметры можно сравнивать по отдельности и из этих параметров можно получать важную информацию для оценки работоспособности датчика.

Для анализа определенной характеристики импеданса, проводимого для оценивания электрических и акустических свойств датчика, рассматривается по меньшей мере один ее признак.

Эти признаки можно оценивать в абсолютном виде путем сравнения признака с результатами более ранних измерений параметров датчика или путем сравнения со стандартными значениями для датчиков одной серии.

Объектом изобретения является также способ эксплуатации сенсорного устройства, содержащего датчик, характеризующийся тем, что с помощью датчика генерируют и обнаруживают звуковые волны, принимаемые звуковые волны преобразуют в электрические сигналы и эти электрические сигналы анализируют в блоке обработки сигналов.

Отличительной особенностью предлагаемого в изобретении способа является то, что определяют характеристику импеданса в зависимости от частоты возбуждения, причем измерения импеданса проводят в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений, или во время измерения импеданса возбуждают колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на основе характеристики импеданса можно определять параметры электрической схемы замещения.

Благодаря определению схемы замещения можно выполнять оценку датчика на основании параметров компонентов схемы замещения.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа предусмотрено, что при изготовлении сенсорного устройства определяют параметры для схемы замещения датчика на основе характеристики импеданса, построенной по измерениям при изготовлении, и эти параметры сравнивают с заданными параметрами для оценки работоспособности.

Преимущество этого заключается в том, что можно воспользоваться результатами оценки, проводимой для процесса изготовления, и что тем самым необходимые проверки сенсорного устройства могут быть более экономичными.

Другие отличительные признаки изобретения видны из приведенного ниже описания, сделанного со ссылками на поясняющие его чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - принципиальная схема сенсорного устройства, содержащего устройство функционального контроля;

на фиг.2 - графическое представление характера изменения импеданса в зависимости от частоты для рассматриваемого в качестве примера датчика в различных состояниях, в которые он оказывается в процессе управления работой.

На фиг.1 показана принципиальная схема приведенного в качестве примера сенсорного устройства 13, оснащенного предлагаемым в изобретении устройством функционального контроля.

При этом схема сенсорного устройства 13 содержит генератор 4, предназначенный для выработки требуемой частоты, делитель 5 частоты, предназначенный для генерирования различных частот, оконечный усилительный каскад 6, выполненный по мостовой схеме, трансформатор 7 и электроакустический преобразователь 8 звука. В схеме замещения (эквивалентной схеме) электроакустический преобразователь 8 звука может быть представлен последовательным колебательным контуром 14, причем примыкающая к нему электрическая цепь выполнена в виде параллельного колебательного контура 15.

Для регистрации импеданса на преобразователе 8 звука измеряется результирующий уровень напряжения. Для этого в последовательном колебательном контуре 14 преобразователя 8 звука образован отвод, в котором результирующий уровень напряжения определяется с использованием усилителя 9, включенного за ним полосового фильтра 10 и последующего аналого-цифрового преобразователя в микроконтроллере 11. Этот сигнал напряжения используется для вычисления импеданса.

В качестве альтернативы сигнал напряжения может анализироваться в компараторе.

Импеданс получают путем формирования отношения (частного) известной силы тока и определенных сигналов напряжения, причем значения импеданса могут быть использованы для построения кривой, представляющей характеристику 1, 2, 3 импеданса. Определенные значения импеданса, используемые для построения характеристик, могут быть подвергнуты анализу, предусматривающему сравнение их с уже определенными и хранящимися в памяти значениями импеданса для характеристики заведомо работоспособного датчика.

За счет сравнения формы сгенерированной характеристики импеданса от, например, загрязненного датчика или датчика, действие которого нарушилось вследствие старения, с формой хранящейся в памяти ранее записанной эталонной характеристики, можно сделать выводы о работоспособности датчика, поскольку нарушение функционирования датчика в результате, например, наличия грязи отрицательно сказывается на качестве работы датчика в режиме работы передатчика или приемника и, вследствие этого, форма его характеристики импеданса имеет соответствующее отклонение относительно формы характеристики импеданса датчика, не подвергшегося воздействию подобных факторов.

На фиг.2 показана форма различных характеристик 1, 2, 3 импеданса сенсорного устройства 13, при этом графическое изображение характеристик импеданса выполнено для примера на диаграмме, где по оси Х отложены значения частоты, а по оси Y отложены значения импеданса.

Обозначенная позицией 1 характеристика импеданса получается при обычном включении ультразвукового датчика, когда он идеально настроен. При этом в качестве элемента цепи соединения принимается электроакустический преобразователь 8 звука, который в электрической схеме замещения состоит из параллельного и последовательного колебательного контура 14, который соединен с параллельным колебательным контуром 15. Вместе с тем, альтернативой этому могут быть также другие схемы соединения.

Этой кривой проиллюстрировано состояние ультразвукового датчика, на которое не повлияли факторы загрязнения или старения. Для определения формы характеристики импеданса на преобразователе 8 звука измеряется результирующий уровень напряжения U при заданном значении тока I и при заданной частоте f.

Измерение осуществляется при различных частотах, например непрерывно увеличивающихся частотах, для получения на их основе характеристики импеданса в зависимости от частоты, т.е. изменения импеданса по частоте. При этом импеданс можно рассчитать как отношение напряжения и тока.

Характеристику 1 импеданса можно использовать в качестве эталонной характеристики для сравнения с непрерывно регистрируемыми характеристиками 2, 3 импеданса датчика.

На фиг.2 позицией 2 обозначена характеристика импеданса, соответствующая состоянию датчика, работоспособность которого нарушена, например, вследствие загрязнения. Вследствие загрязнения качество работы датчика по передаче или приему сигналов нарушается таким образом, что, например, ход кривой таков, что достигается больший размах между минимальными и максимальными значениями импеданса в области более низких частот.

Характеристика импеданса, обозначенная на фиг.2 позицией 3, иллюстрирует, к примеру, характеристику датчика, нарушение работоспособности которого объясняется его старением. При этом эта кривая импеданса в среднем диапазоне частот обеих характеристик 1, 2 импеданса находится между характеристикой 1 импеданса, построенной для датчика без нарушения работоспособности, и характеристикой 2 импеданса датчика с нарушением работоспособности по причине загрязнения.

Из этого сравнения имеющейся характеристики 1 импеданса с построенными характеристиками 2 и/или 3 импеданса при возможном отклонении можно сделать выводы, например, о степени загрязнения или о старении датчика.

Для проведения анализа могут использоваться положение и величина экстремальных значений (экстремумов характеристики).

Измеренные и записанные в память значения импеданса, а также возможные используемые для сравнения контрольные значения можно, например, для вынесения оценки по результатам сравнения пересылать в блок управления.

Тогда этот блок управления предпринимает оценку значений импеданса, причем, например, соответствующая оценка приводит к генерированию отклика, который, например, при выявленном загрязнении состоит в отключении датчика и дополнительной выдаче сигнала контроля.

1. Сенсорное устройство, содержащее датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, отличающееся тем, что оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики (1) импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

2. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью сравнения определенной характеристики (1) импеданса с имеющейся характеристикой (1, 2, 3) импеданса.

3. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство функционального контроля при анализе зарегистрированных характеристик (1, 2, 3) импеданса способно генерировать заданный сигнал контроля.

4. Сенсорное устройство по п.2, отличающееся тем, что устройство функционального контроля при сравнении характеристик (1, 2, 3) импеданса способно генерировать заданный сигнал контроля в зависимости от выявленных различий.

5. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит запоминающее устройство (12), предназначенное для хранения значений импеданса.

6. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что при проведении измерений импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений устройство функционального контроля при определении характеристики (1, 2, 3) импеданса выполнено с возможностью возбуждения колебаний с амплитудой, сопоставимой с амплитудой в обычном режиме измерений.

7. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью определения с использованием алгоритмов на основе характеристики (1, 2, 3) импеданса параметров схемы замещения для датчика.

8. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что в устройстве функционального контроля хранятся в памяти стандартные значения от датчиков заданных серий, используемые для проведения сравнения.

9. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство функционального контроля для проведения сравнения использует измеренные значения от соответствующих датчиков.

10. Сенсорное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью замены отдельных измерительных циклов датчика измерительными циклами, предназначенными для измерения импеданса.

11. Сенсорное устройство по одному из пп.1-10, отличающееся тем, что устройство функционального контроля выполнено с возможностью работы в обычном режиме измерений с различными частотами для параллельной регистрации характеристики (1, 2, 3) импеданса.

12. Способ эксплуатации сенсорного устройства, содержащего датчик, прежде всего сенсорного устройства по одному из пп.1-11, характеризующийся тем, что с помощью датчика генерируют и обнаруживают звуковые волны, принимаемые звуковые волны преобразуют в электрические сигналы и эти электрические сигналы анализируют в блоке обработки сигналов, отличающийся тем, что определяют характеристику (1, 2, 3) импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем измерения импеданса проводят в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений, или во время измерения импеданса возбуждают колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что последнюю измеренную характеристику (2, 3) импеданса сравнивают с имеющейся характеристикой (1) импеданса датчика и в зависимости от выявленных различий при сравнении характеристик (1, 2, 3) импеданса выдают заданный сигнал контроля.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что на основе характеристики (1, 2, 3) импеданса определяют параметры для схемы замещения датчика.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что при изготовлении сенсорного устройства определяют параметры для схемы замещения датчика на основе характеристики (1, 2, 3) импеданса, построенной по измерениям при изготовлении, и указанные параметры сравнивают с заданными параметрами для оценки работоспособности.



 

Похожие патенты:

Настоящая группа изобретений относится к измерительной камере (6) для ультразвуковой ванны (1) или для емкости, которая оборудована низкочастотным источником (2) ультразвука для выработки кавитации и способу для определения кавитационной энергии.

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для использования в активно-пассивных и параметрических системах контроля протяженных морских акваторий, измерения характеристик гидрофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, инженерными сооружениями, а также стихийными морскими явлениями, например, внутренними волнами, землетрясениями или цунами.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде. .
Изобретение относится к передатчикам параметра процесса, преимущественно, чтобы управлять или наблюдать за производственными процессами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, оборудования и сооружений, например на атомных электростанциях, а также на объектах с вредными условиями труда.
Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах и других технологических объемах с водой, повергаемой действию ультразвука.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для исследований параметров первичных гидроакустических полей надводных и подводных плавсредств.
Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в технологических объемах с водной средой, подвергаемой действию ультразвука. Изобретение реализуется введением в подщелоченную водную среду индикатора в виде бумаги, пропитанной фенолфталеином. Распределение плотности энергии в ультразвуковом поле оценивают по распределению интенсивности характерной окраски индикаторной бумаги, возникающей за счет различий в скорости диффузии раствора в индикатор, в областях поля с отличающимися плотностями энергии ультразвука. Техническим результатом является обеспечение возможности процесса оценки распределения плотности энергии в технологических объемах ультразвуковых установок экологически безопасным и безвредным для обслуживающего персонала способом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения поглощающих стержней различного функционального назначения в активной зоне реактора, а также различных механических узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях. Указатель положения поглощающего стержня в активной зоне реактора типа РБМК-1000 содержит сервопривод, включающий последовательно соединенные электродвигатель постоянного тока, понижающий редуктор с электромагнитной муфтой успокаивающей вибрации, электромагнитную муфту останова стержня, транспортного барабана с металлической лентой, на конце которой закреплен поглощающий стержень, редуктор с нелинейным передаточным числом и сельсин-датчик. При этом сельсин-датчик через кабельную трассу соединен последовательно с блоком резистивных делителей фазовых напряжений, замыкающих фазовые обмотки синхронизации ротора сельсин-датчика, вычислительным комплексом и дешифратором адреса, преобразующими фазовые напряжения обмоток синхронизации сельсин-датчика в цифровой код, характеризующий адрес и положение поглощающего стержня в активной зоне реактора. Эта информация передается на мнемотабло указателя положения стержней и через дополнительный разъем по интерфейсу RS-485 поступает в локальную информационную сеть энергоблока. Технический результат заключается в повышении надежности, точности регистрации положения стержней, увеличении четкости отображения результатов измерений и уменьшении энергоемкости. 4 ил.

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α. Изобретение может быть использовано для оценки коэффициента звукопоглощения волокнисто-пористых материалов, а также пористых материалов с открытой системой пор. 23 ил., 3 табл.

Использование: изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике и может быть использовано при формировании пространственно-развитых просветных радиогидроакустических систем мониторинга акустических, гидродинамических и электромагнитных полей, формируемых искусственными и естественными источниками, опасными явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот, охватывающем сотни-десятки-единицы-доли герц, включая сверхнизкочастотные колебания движущихся объектов и неоднородностей морской среды. Сущность: радиогидроакустическая система параметрического приема волн источников и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде включает в себя: установленные на противоположных границах контролируемой среды излучающий и как минимум три приемных акустических преобразователя, соединенные с излучающим и приемным трактами соответственно, сформированные между ними три зоны нелинейного взаимодействия просветных и информационных волн. Предлагаемая радиогидроакустическая система принципиально отличается тем, что рабочая зона нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн сформирована в вертикальной плоскости среды как многолучевая пространственно развитая просветная параметрическая антенна. Для чего используются три всенаправленных излучающих преобразователя, вертикально расположенных в центре акватории и установленных на оси, ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК). Приемные преобразователи объединены в три одинаковых блока, расположенных в вертикальной плоскости по равнобедренным треугольникам, которые установлены относительно оси ПЗК аналогично излучающим блокам и размещены по кругу и (или) периметру на противоположной границе акватории. При этом выход приемного тракта через передающий радиоблок соединен с информационно-аналитическим центром, выход которого по радиоканалу соединен с блоком формирования сигналов излучающего тракта системы. Многоканальную просветную параметрическую систему формируют как комплекс вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру акватории через 45° и ориентированных радиально от излучающего центра к периферии. Расстояние между акустическими преобразователями приемных блоков в вертикальной плоскости устанавливается в соответствии с корреляционными характеристиками структуры просветного акустического поля. Просветная радиогидроакустическая система может масштабироваться (наращивается) путем объединения измеряемой информации с аналогичных подсистем, сформированных на смежных акваториях, в информационно-аналитическом центре с использованием каналов радиосвязи. Технический результат: обеспечение дальнего параметрического приема в морской среде волн различной физической природы (акустических, электромагнитных, гидродинамических), формируемых естественными и искусственными источниками, явлениями и процессами атмосферы, океана и земной коры. Диапазон частот принимаемых волн различной физической природы составляет сотни-десятки-единицы-доли герц, включая сверхнизкочастотные колебания движущихся объектов как целого. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

Использование: гидрофизика, геофизика и радиофизика. Сущность изобретения: способ параметрического приема волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры в морской среде включает в себя пространственно-разнесенные по контролируемой акватории на десятки-сотни километров излучающие и приемные акустические преобразователи, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования акустических просветных и измеряемых информационных волн, соединенные с преобразователями, соответственно, излучающий тракт формирования, усиления и излучения сигналов подсветки среды, а также тракт приема усиления, спектрального анализа нелинейно преобразованных просветных сигналов, выделения в спектрах верхней и (или) нижней боковых полос, определение и регистрации информационных сигналов, отличается тем, что рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн формируют как многолучевую пространственно-развитую просветную параметрическую антенну, соизмеримую с протяженностью контролируемой акватории, для чего излучающий преобразователь располагают в центре акватории и включают в него три всенаправленных блока и устанавливают их на оси ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а приемный преобразователь формируют аналогично излучающему преобразователю из трех одинаковых блоков, которые располагают по кругу или периметру на противоположной границе акватории и размещают их относительно ПЗК аналогично излучающим блокам, при этом каждый приемный блок формируют из трех одиночных гидрофонов, которые размещают в вертикальной плоскости по равнобедренным треугольникам, а их вершины направляют в сторону излучающих преобразователей, за счет этого совместно с излучающими преобразователями формируют просветную многолучевую параметрическую антенну, при этом в излучающий тракт измерительной системы включают последовательно соединенные блоки: звукового генератора стабилизированной частоты, усилителя мощности, трехканального блока согласования выхода усилителя с подводными кабелями и далее с излучающими акустическими преобразователями, а приемный тракт измерительной системы формируют как многоканальный и многофункциональный, который включает один канал анализа для выделения информационных сигналов, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), а также три канала измерения функций корреляции между средним и крайними гидрофонами приемных блоков, далее функций их взаимной корреляции для последующего измерения углов прихода многолучевых сигналов «сверху и снизу» по направлениям сформированных в вертикальной плоскости просветных параметрических антенн для каждого приемного блока, при этом в каждый из трех каналов корреляционного анализа включают последовательно соединенные: полосовые усилители, два параллельных блока измерения корреляционных функций сигналов между центральным и крайними гидрофонами приемных блоков, далее блоки измерения функций взаимной корреляции, выходы которых соединяют с общим блоком регистратора (рекордером), а также с блоком вычисления траектории лучей, как просветных параметрических антенн, и точек их пересечения на акватории (ЭВМ), при этом одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей через блок переключения каналов соединяют с многоканальным приемным трактом измерительной системы. Кроме того, нелинейно преобразованные просветные сигналы от каждого излучающего преобразователя принимают одиночными приемниками всех приемных блоков, что обеспечивает прием приходов просветных сигналов по отдельным лучам как параметрическим антеннам и их последующее разделение по углам приходов блоками корреляционного и взаимно корреляционного анализа. Кроме того, просветную параметрическую систему формируют как комплекс вертикальных многолучевых параметрических антенн и располагают их по кругу или периметру среды через 45 градусов, ориентируют их радиально от излучающего центра к периферии, что обеспечивает формирование общей пространственно-развитой параметрической системы мониторинга. Кроме того, расположенными в вертикальной плоскости приемными блоками совместно с излучающими блоками формируют многолучевые вертикальные параметрические антенны, при этом расстояние между преобразователями приемных блоков и их гидрофонов в вертикальной плоскости устанавливают в соответствии с корреляционными свойствами просветного акустического поля. Кроме того, в приемный и излучающий тракты системы включают блоки радиосвязи и обеспечивают согласование работы излучающего и приемного трактов измерительной системы и ее вхождения по каналам связи, предпочтительно спутниковой, в информационно-аналитический центр анализа многозвенной информации и управления системой. Кроме того, просветную радиогидроакустическую систему мониторинга наращивают (масштабируют) по пространству за счет объединения аналогичных подсистем мониторинга, разворачиваемых на других акваториях, и объединяют их по каналам радиосвязи (предпочтительно космической) в едином информационно-аналитическом центре, содержащем блок системного анализа информации, излучающий и приемный радиоблоки, и обеспечивают их двухстороннюю связь излучающим и приемным трактами системы освещения и мониторинга. Технический результат: разработка широкомасштабной радиогидроакустической просветной системы мониторинга как пространственно-развитой многолучевой параметрической антенны, соизмеримой с протяженностью контролируемой среды, обеспечивающей дальний и сверхдальний параметрический прием в морской среде волн различной физической природы атмосферы, океана и земной коры, формируемых естественными и искусственными источниками, явлениями и процессами в диапазоне частот, охватывающих десятки-единицы килогерц, сотни-десятки-единицы-доли Герца, включая сверхнизкочастотные, а также определение мест (дистанции и глубины) морских источников, возможности оперативной подстройки режимов работы системы к изменениям среды распространения просветных волн, а также к многообразию проявления информационных волн. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к областям гидроакустики, гидрофизики и геофизики. Способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде включает в себя формирование просветной приемной параметрической антенны как многолучевой, соизмеримой с пространственной протяженностью контролируемой морской среды, для этого используют ненаправленные излучающие преобразователи, которые располагают в центре акватории и размещают их на оси подводного звукового канала, выше и ниже его, а три приемных блока формируют из трех ненаправленных акустических преобразователей каждый, размещенных в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей, при этом нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными преобразователями трех приемных блоков и посредством подводных кабелей через блок коммутации, и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют характеристики просветных сигналов каждым приемным блоком, определяют направления их приходов в вертикальной плоскости контролируемого сектора, для этого принимаемые блоками просветные сигналы усиливают в полосе частот их параметрического преобразования, измеряют корреляционные функции сигналов между средним и крайними преобразователями, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов информационных сигналов «сверху и снизу», далее на основе алгоритма решения «обратной лучевой задачи» формирования структуры просветного акустического поля определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока как места расположения морских источников излучения информационных волн, далее в сигналах взаимно корреляционных функций с выходов каждой линии анализа измеряют узкополосные спектры, по которым с учетом параметрического преобразования в среде и частотно-временного преобразования в приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность (идентификацию) к атмосферным, морским или донным. Техническим результатом является повышение чувствительности и дальности параметрического приема волн различной физической природы. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения жидкостей. Данное устройство может быть применено для исследования волновых процессов на поверхности жидкости, как в натурных, так и в лабораторных условиях, например для определения микро возмущений (порядка десятков микрон) водной поверхности при наличии низкочастотных волн значительной амплитуды (порядка пяти-десяти сантиметров). В предлагаемом устройстве в качестве датчика поверхностного волнения (возмущения) использован бесконтактный емкостной датчик, представляющий собой конденсатор. Одна обкладка конденсатора выполнена в виде пластины из проводящего материала (например, в виде металлического диска), а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется. Пластина бесконтактного емкостного датчика закреплена на подвижной относительно поверхности жидкости штанге подъемно-опускного механизма. В подъемно-опускном механизме обеспечивается поддержание постоянного заданного расстояния между пластиной датчика и поверхностью жидкости за счет применения отрицательной обратной связи. Технический результат заключается в возможности измерения высокочастотных микро колебаний водной поверхности при наличии низкочастотных возмущений большой амплитуды. Устройство может быть использовано для определения корреляции между данными, полученными радиолокационными методами исследованиями водной поверхности и ее реальным состоянием. 1 ил.

В изобретении представлены научно-технические разработки и технологии многофункционального экологического мониторинга районов нефтегазодобычи, расположенных на морском шельфе. Технические решения изобретения основаны на закономерностях и измерительных технологиях нелинейной просветной гидроакустики, а их реализация осуществляется с использованием радиогидроакустических средств морского приборостроения, в качестве которых использован комплекс «Аквазонд». Используется также текущая информация спутниковых систем навигации «Глонасс» и связи «Гонец». Радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи включает в себя размещенные в обследуемой среде излучающий и приемный акустические блоки, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки среды с измеряемыми информационными, соединенные с акустическими блоками тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема нелинейно преобразованных сигналов накачки, их усиление, обработка и анализ с выделением в них характеристик измеряемых информационных волн, отличается тем, что измерительная система включает размещенные в центре акватории блок всенаправленного облучения среды просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а также блок излучения сложных (ЛЧМ или ФМ) сигналов, а приемные блоки в количестве 8-и изделий размещают по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра, при этом в каждый приемный блок системы включены по три гидрофона, которые размещены в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направлены в сторону излучающих блоков, при этом приемные гидрофоны каждого приемного блока подключены к расположенным на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), выходы которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее блок переключения приемных каналов соединены с многоканальным и многофункциональным приемным трактом системы мониторинга, а в ее излучающий тракт включен генератор сигналов близкой стабильной частоты и генератор сложных сигналов (ЛЧМ или ФМ), выходы которых соединены со входом двухканального усилителя мощности, а его выходы с двухканальным блоком согласования выходов усилителя мощности с подводными кабелями и далее с излучающими блоками (акустическими преобразователями), при этом приемный тракт измерительной системы сформирован как многоканальный и многофункциональный, включающий один канал спектрального анализа и выделения сигналов разностной и (или) суммарной частоты, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), при этом в приемный тракт измерительной системы включены также 8 каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых просветных сигналов, для этого в каждый из них включены последовательно соединенные блоки - полосовые усилители, по два параллельно подключенных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних, расположенных в вершинах треугольников гидрофонов, далее блоки измерения функций их взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединены с блоком определения точек пересечения сигналов взаимно-корреляционных функций (ЭВМ). Кроме того, многофункциональный блок измерения экологических характеристик среды первоначально расположен в месте излучающих блоков и размещен на судне-носителе, который затем перемещают и устанавливают в местах обнаруженных экологических изменений характеристик среды. Кроме того, блок формирования просветных сигналов близкой частоты обеспечивает облучение среды в диапазоне единиц килогерц. Кроме того, контролируемую среду с заданной периодичностью, дополнительно, по заданной программе озвучивают сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией в полосе единицы-десятки килогерц. Кроме того, мониторинг и охрана обследуемого района в зависимости от поставленной задачи проводится в заданном относительно излучающего центра секторе углов приема просветных сигналов. Кроме того, в систему экологического мониторинга и контроля включен блок информационно-аналитического центра (ИАЦ), который по каналам связи соединен с блоками передачи информации от спутниковых систем навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец» об экологическом состоянии поверхности обследуемой акваторий, а также о сейсмической и синоптической обстановке за ее пределами. Технический эффект изобретения заключается в разработке эффективных технологий обнаружения признаков проявления в среде и на ее поверхности нефтегазовых скоплений, проведении многофункционального экологического мониторинга среды, а также охраны акватории от проникновения нарушителей и оповещении о вероятном вступлении в обследуемый район опасных явлений. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

В изобретении представлены научно-технические разработки и технологии способа многофункционального экологического мониторинга районов нефтегазодобычи на морском шельфе. Сущность: способ экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи, включает в себя размещение излучающего и приемного блоков измерительной системы на противоположных границах контролируемой среды, облучение ее акустическими сигналами стабильной частоты и формирование рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн, прием нелинейно преобразованных просветных волн и усиление в полосе преобразования, перенос их частотно-временного масштаба в высокочастотную область и проведение их узкополосного спектрального анализа и выделение в спектрах параметрических составляющих суммарной и (или) разностной частоты и восстановление по ним, с учетом временного и параметрического преобразования, исходных характеристик измеряемых информационных волн. Дополнительно в нем проводят многофункциональный экологический мониторинг обследуемой среды, а так же охрану акватории от нарушителей и диверсантов, для этого в месте установки излучающего блока системы мониторинга размещают расположенный на судне-носителе блок многофункционального измерения экологических характеристик среды «Аквазонд», который затем перемещают в место обнаруженного экологического проявления скоплений, для чего контролируемую среду облучают просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а рабочую зону нелинейного взаимодействия просветных и информационных волн формируют по всему пространству обследуемой акватории, для этого излучающий блок системы мониторинга размещают в центре акватории, а приемные блоки - по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра, при этом в каждый приемный блок системы включают по три гидрофона, которые располагают в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направляют в сторону излучающего блока, при этом одиночные гидрофоны каждого приемного блока подключают к расположенными на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), принимаемые просветные сигналы, с выходов которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее через блок переключения приемных каналов соединяют с многофункциональным приемным трактом системы мониторинга, при этом в излучающий тракт системы мониторинга включают генератор сигналов близкой стабильной частоты, а также генератор сигналов с частотно-временной (или фазовой) модуляцией, двухканальный усилитель мощности сигналов, двухканальный блок согласования выходов усилителя мощности с подводными кабелями и далее с излучающими акустическими преобразователями, а приемный тракт измерительной системы формируют как многоканальный и многофункциональный, в который включают один канал спектрального анализа и выделения информационных сигналов разностной и (или) суммарной частоты, формируемых нелинейными областями движущихся объектов-нарушителей, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), при этом в приемный тракт измерительной системы включают также восемь каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых сигналов, при этом в каждый из восьми каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа сигналов включают последовательно соединенные: полосовые усилители, два параллельных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних гидрофонов, расположенных в вершинах треугольников, далее блоки измерения функций взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединяют с блоком определения точек пересечения сигналов взаимно корреляционных функций (ЭВМ), как мест проявления нефтегазовых скоплений или мест расположения объектов-нарушителей, в которые затем размещают блок многофункционального экологического измерителя «Аквазонд», а измеряемые сигналы по радиоканалу передают на вход блока ЭВМ. Кроме того, контролируемую среду облучают акустическими сигналами близкой стабильной частоты в диапазоне единиц килогерц. Кроме того, контролируемую среду дополнительно, с заданной периодичностью, озвучивают сложными сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией в полосе частот единицы - десятки килогерц, при этом облучение среды сигналами близкой частоты или сложными сигналами проводят по заданной программе мониторинга и контроля акватории в соответствии с обстановкой на акватории и за ее границами. Кроме того, мониторинг и охрану обследуемого района в зависимости от поставленной задачи проводят в заданном, относительно излучающего центра, секторе углов приема просветных сигналов. Кроме того, в систему мониторинга включают информационно-аналитический центр (ИАЦ), в который поступает информация от внешних источников наблюдения, включая спутниковые системы навигации «Глонасс» и связи «Гонец», об экологическом состоянии поверхности обследуемой акватории, а также сейсмической и синоптической обстановки за ее пределами. Технический эффект изобретения заключается в разработке технологий обнаружения признаков проявления в среде и на ее поверхности нефтегазовых скоплений, проведение многофункционального экологического мониторинга среды, а также охраны акватории от нарушителей и оповещение о вероятном вступлении в обследуемый район опасных явлении. 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Использование: для контроля ультразвукового датчика по характеристики импеданса датчика. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство содержит датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, при этом оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений. Технический результат: обеспечение возможности минимизации помех во время штатного функционирования сенсорного устройства, а также обеспечение раннего обнаружения неисправности датчика. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх