Приемное устройство ультразвукового анемометра

 

"651252..:; .:"еи=.:

Союз Советских

Социалмстммеских

Республик (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.09.76 (21} 2402254/18-10 с присоединением заявки И«в (23) ПриоритетОпубликовано 05,0З. 7 9. Бюллетен ь № 9

Дата опубликования описания 09 0Э "9

2 (51} М. Кл

01 Р 5/00

С» 01 W 1/02

ГваудврственныМ «вы«тет

СССР вв девам нэобретеннй н отнрытнй (53) УДК 681. .89(088.8) (72) Автор изобретения

Ю. F.. Ободовский (7l) Заявитель (54) ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

УЛЬТРА ЗВУКОВОГО А H ЕМОМЕТ РЛ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в ультразвуковых импульсных анемометрах, а также в других ультразвуковых измерительных приборах, преимущественно предназначенных для работы в сложных метеорологических условиях.

Известны приемные устройства ультразвуковых анемометров, газоВых расходомеров и других приборов, в которых предусмотрены средства для ловыщения точности и надежности определения момента приема акустических импульсовв.

Одним из таких устройств является приемное устройство измерителя скорости звука, содержащее последовательно включенные электроакустический преобразователь, усилитель, селектор первого полупериода и амплитудный дискриминатор, причем выход селектора первого полупериода соединен со входами амплитудного дискриминатора непосредственно и через запоминающую схему. Чувствительность амплитудного дискриминатора регулируется в соответствии с амплитудой первого палупериода акустического импульса, предшествующего обрабатываемому (11.

5 Однако отмечается недостат<. нное быстродействие, обусловленное использованием информации об амплитуде предшествующего, не действующего в данный момент. импульса, а также ис» пользование первого полупериода, который при пологом фронте огибающей акустического импульса имеет минимальное отношение сигнал-шум.

Наиболее близким по технической t5

=ущности является приемное устройство ультразвукового анемометра, которое содержит включенные последовательно усилитель, ограничитель, полосовой фильтр, формирователь импуль20 сов, триггер Шмитта, дифференцирую щую цепь, выпрямитель,.триггер с раздельными входами, вторую дифференцирующую цепь, выпрямитель, а

651252 также одновибратор с двумя входами, соединенными с выходами соответственно первой и второй дифференцирующих цепей Я.

Акустический импульс преобразуется в электрический и через усилитель поступает на ограничитель, отделяющий полезный сигнал от шума путем селек ции по амплитуде. Полосовой фильтр

-вОсстанавливает форму сиГнала, Отфильтровывая гармоники, появившиеся при ограничении, выпрямитель и триггер

Шмитта формируют пачку коротких импульсов, соответствующих моментам перехода через нуль высОкочастОтных колебаний в начале каждого периода, Эта пачка поступает через ди ференцирующую цепь на запуск одновибратора и триггера с раздельными вxoäaìè.

Последний устанавливается в исходное состояние в момент излучения акустическОГО импульса и переключается Об ратно первым импульсом пачки, запуская через вторую дифференцирующую цепь одновибратор. Одновибратор возвращается в иоходное состояние импульсом пачки, соответствующим началу

:заданного полуперпода. Зтот импульс приходит раньше, чем закан п ваются переходные процессы в. Одноиибраторе, т.е. до его самопроизвольного возврата в устойчивое состояние. Момент повторного переключения одновибратора фиксируется в качестве момента приема акустического импульса.

Включение ограничителя: в общий тракт выделения первого и заданного полунериодов повышает надежность работы устройства путем подавления шу= мов, но одновременно увеличивает погрешность определения моментов перехода через нуль, так как ограничитель не пропускает наиболее крутую. Часть фронта сигнала, непосредственно соответствующую этим моментам. Включение в тОт же тракт полосовОГО фильтра неизбежно приводит к сглаживаншо огибающей акустического импульса и уменьшению амплитуды первого полупериода, что нежелательно. Фазовый сдвиг высокочастотных колебаний на выходе фиги тра зависит от содержания гармоник в его входном сигнале, а следовательно, и от уровня сигнала на входе ограничителя. B. результате такого включения ограничителя и фильтра погрешность измерения увеличивается при уменьшении амплитуды входного сигнала. Далее одновибратор при изме нении его параметров во время эксплуатации может самопроизвольно переключаться в исходное состояние до прихода импульса заданного полупериода. При этом погрешность измерения определяется не заданным, а первым импульсом пачки, а также нестабильностью длительности импульса самого одновибратора, причем зта неисправность не может быть обнаружена без сложной контрольно-измерительной аппаратуры.

Йзвестные схемы одновибраторов не обеспечивают стабильности характеристик достаточной, чтобы указанные сбои работы устройства селекции заданного полупериода были полностью исключены.

Целью изобретения является повышение точности и надежности ультразвукового анемометра.

Поставленная цель достигается тем, что выделение первого и одного из последующих полупериодов акустического импульса осуществляется раздельно.

Для этого в устройство введены усилитель-ограничитель, второй . одновибратор и схема совпадения, включенные гак, что один выход усилителя через ограничитель, формирователь и одновибратор соединен со вторым одновибратором и первым входом схемы совпадения, между вторым входом которой и вторым выходом усилителя включен усилитель-ограничитель, На чертеже представлена блок-схема приемного устройства ультразвукового анемометра. устройство содержит электроакустический преобразователь 1, усилитель

2, ограничитель 3, формирователь импульсов 4, одновибраторы 5 и 6, схе- му совпадения 7 и усилитель-ограничитель 8.

Выход электроакустического преобразователя 1 соединен через усилитель

2 со входами ограничителя 3 и усилителя-ограничителя 8. Выход ограничителя 3 через последовательно включенные формирователь импульсов 4, одновибраторы 5 и 6 соединен со входом схемы совпадения 7, а ко второму ее входу подключен выход усилителя-ограничителя 8. Выход схемы совпадения 7 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Акустические импульсы преобразукп ся преобразоватечем 1 в электрические

5 6512

i и через усилитель 2 поступают и ограничитель 3, где полезный сигнал отделяется от шумов путем одностороннего или двустороннего ограничения по ми нимуму. Формирователь импульсов 4 5 преобразует выходной сигнал ограничителя 3 в прямоугольный импульс, передний фронт которого совпадает с началом первого полупериода высокочас,тотных колебаний, а длительность пре- 36 вышает длительность акустического импульса. Передний фронт этого импульса запускает одновибратор 5, выходной импульс которого имеет длительность

t =(2Д вЂ” 3) 4 где Т вЂ” период высокочастотных колебаний; ц номер заданного полупериода.

Номер,q выбирается из последовательности чисел 3,5,7 ..., или 2,4,6..., в зависмости от полярности заданного полуп ериод а.

Одновибратор 6 запускается задним фронтом импульса одновибратора 5 и формирует импульс длительностью

Т от — до Г, поступающий на вход схймы совпадения 7. На второй вход схемь1 совпадения поступает выходной сигнал усилителя-ограничителя 8. Усилитель. ограничитель 8 за счет симметричного усиления и ограничения преобразует высокочастотные колебании акустичес= кого импульса в пачку прямоугольных импульсов с очень короткими фронтами.

Один из этих импульсов, совпадающий

9о времени с заданным полупериодом,, поступает на вход схемы совпадения 7 во время действия на другом входе им=пульса одновибратора 6 и без искаже= ний проходит на выход устройства. Ос40 тальные импульсы пачки и усиленные шумы задерживаются схемой совпадения 7. Таким образом в качестве мо. мента приема акустического импульса

52 приемное ус ро 1 О с кь кр.е совпадающий с началом задник=го полу-: периода, С помод ью усилителя:=.-гр;= .у":-= чителя 8 дли ельность фронта выделке=. мого импульса может быть доведена дО MBJIbIK дОлей микросех л»=: даже прк использовании сравните;.ьно низкой частоты ультразвука. Для уменьшения влияния шумов на стабильность моментов перехода через нуль усилитель-oi"раничитель 8 может быть сделан весьма узкополосным, поскольку затягивание фронта огибающей акустического импульса, вызванное узкополосностьк в данной схеме устройст а допустимо и не оказывает никакого влияния на точность к не.дежиость рабсть устрой=" ства.

Формчл"- пзобре-.ения

Приемное устройство ультразв ковОГО анемоме1 pQ ГОдержащее электроакустк.-" ческий преобразэ ="--= ": —., соединенный последовательно через 1 сллктель с ОГРЯНКЧКТЕЛЕМ И Ол:-:Опi —..ПатОРО ;-. О т кчающее -- т. -„- ь повышения точности к надежности, в него введены -ткл1;:.-тель:-згран1 — чктель. вто= рой однавнбратор к схема СОвпаден;=-я„ вктпоченные так, что один выход усиля= теля через Огранкчктеть., формирователь, первый к второй Одновкбраторы соединены с первым входом схемы совпадения, между вторьг входо. .«которой к вторнii,.

i выходом усилителя включен ускпктельограничитель.

ИстО дикки кнформапкк, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство

M 402734, кл. 01 В 17/ОО, 1973.

2. П атент СЩА Я 36 93433, кл. 73-189, 1972.

БНИИПИ Заказ 796/41 Тираж 1089 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород,. ул. Проектная,. 4