Эхоледомер

(53)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д,Калмыкова(56) 1, Патент США Р 4697254, кл, 367/92, 1986.2. Богородский А.В. и др. Гидроакустическая техника исследования и освоения Океана, Л,: Гидрометеоиздат, 1989, с. 93- 95.(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 - ус-. ловная схема эксплуатации; на фиг.3 -БЦ 1818608 А 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 работу ус. тройства.Эхоледомерсодержитпоследовательно 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 коммутатора6 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, й-вход которого соединен с выходом схемы задержки 2, а 8-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 обьясняется небольшим затуханием акустических НЧ и ВЧ волн в воде при ограниченном расстоянии до льда (1 - 100 м) 5 и равными расстояниями, проходимымиНЧ- 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 низ кой и высокой частот. Все последующиеэхо-сигналы, содержащие ВЧ- и ВЧ-колебания, исключаются так как они порождены боковыми лепестками диаграмм направленности и не соответствуют кратчайшему рас 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. Поэто му сигналы боковых лепестков проходятбольшее расстояние чем сигнал главного лепестка, что позволяет их разделить во времени и исключить, Устранение всех эхо-сигналов, следующих за первым и, со держащих НЧ- и ВЧ-колебания, исключаетошибку 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 егоналичии, Таким образом, устраняется неоднозначность измерений, что увеличивает достоверность результатов измерения толщины льда.45 Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы ч 1, фиг.З, поступающее на схему задержки импульсов 2,.которая вырабатывает задержанные на время ЬЬд Т, где Т - период следования, импульсы ч, Импульсы 50 ч 2 поступают на запускающие входы генераторов радиоимпульсов 3 и 4, которые вырабатывают радиоимпульсы чз и ч 4 с частотой заполнения 1 и Р 2 и длительностью й(1020)/Е. 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 1 и Р. Эхо-сигналы10 ее выходе чд отличен от нуля только приналичии 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 Е, Сигналы ч 5 и ч 6 с выходом резонансных усилителей поступают на двухканальный регистратор 11, где производится запись профиля границы вода/лед и границы лед/воздух. Напряжения ч 7 и чв, пройдя усилители-ограничители 12 и 13, амплитудные детекторы 14 и 15, преобразуются в однополярные видеоимпульсы с нормированной амплитудой ч 7 и чэ. Напряжения ч 7 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 ч 7 и чэ поступают на входы схемы селекции эхо-импульсов от верхней поверхности льда 17, в качестве которой используется схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигнал чд поступает на Я-вход, сигнал ч 2 поступает на 5-вход первого блока измерения расстояния 18, нэ выходе которого вырабатывается импульс ч 12, длительность которого соответствует расстоянию до нижней поверхности льда. В качестве блока 18 используется асинхронный ЙЯ-триггер с прямыми входами, Сигнал чо поступает на й-вход, а сигнал ч 2 поступает на Я-вход второго блока измерения расстояния 19, на выходе которого вырабатывается импульс ч 12, длительность которого соответствует расстоянию до верхней поверхности льда. В качестве блока 19 используется асинхронный ЯЯ-триггер с прямыми входами. Сигналы ч 11 и ч 12 поступают на входы схемы измерения времени запаздывания эхо-импульсов от нижней и верхней поверхностей льда 20, на выходе которой вырабатывается импульс ч 1 з, длительность которого пропорциональна толщине льда. В качестве схемы 20 используется схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ. Напряжение ч 1 з поступает на сигнальный вход интегратора 21, который предварительно был установлен в начальное состояние импульсом ч 2, поданным на установочный вход интеграторов. На выходе интегратора 21 появляется напряжение ч 14, амплитуда которого пропорцибнальна длительности импульса ч 1 з. Напряжение ч 14 поступает на ключ 22, управляемый стробирующим импульсом ч 15, в течение которого сигнал с выхода интегратора 21 поступает на вход измерителя амплитуды 23 ч 16. Стробирование устраняет возможность измерения схемой 23 промежуточных зна 25 30 35 40 45 50 4 55 чений напряжения ч 14, исключая получение ошибочной информации о толщине льда. Напряжение ч 1 поступает на Я-вход, напряжение ч 2 поступает на й-вход и напряжение с выхода инвертора 25 поступает на установочный С-вход формирователя строб-импульса, на выходе которого вырабатываются строб-импульсы ч 15, длительность которых равна времени задержки Ь тзад схемы 2. В качестве формирователя 26 используется синхронный ЯЯ-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 ч 14 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности обнаружения льда на повеохности 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 задеркки импульсов, включенная между синхронизатором и входами генераторов низкочастотных и высокочастотных рэдиоимпульсов, после 1818608довательно соединенные первый усилитель-ограничитель, подключенный к выходу первого резонансного усилителя и первому входу регистратора, первый детектор и схема селекции эхо-импульсов от нижней по верхности льда, нагруженная на й-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 Й-вход второго блока измерения расстояния, при этом второй вход схемы селекции эхо-им 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 ного усилителя соединен с вторым выходом первого коммутатора прием-излучение, вход второго резонансного усилителя соединен с вторым выходом второго коммута 25 тора прием-излучение, к выходам первого и второго блоков измерения расстояния, Я- входы 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, й-вход которого соединен с выходом схемы задержки импульса, а Я-вход соединен с выходом синхронизатора, высокочастотная и низкочастотная акустические обратимые антенны закреплены соосно.1818608 47 Редактор ректор О.Густй каз 1937 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ПроизводственноЬ 75 Составитель А.З;врубинТехред М.Моргентал льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10