Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы

(5)М. Кл. С 01 М 1/02 с прнсоелинением заявки %в 3 Ъаударвтавннцй квинтет СССР в делам изобретений н открытий(53) УДК 551 508 .9(088.8) Дата опубликования описания 3010. 81 72) Авторы изобретени В. Тамулис, Р.-И,О. Кажис и Ант ский политехнический институтАнтанаса Снечкуса Ка(7 вител УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ е тораго ом Ьра высов,вной кто- ороыхосов,атком известного устройстватсутствие автоматизациипараметров атмосферы. Недос яется мере Изобретение относится к метеороло,гическому приборостроению, в частности к приборам для измерения скорости ветра и температуры.Известно устройство для определения скорости ветра, состоящее из излучателя и четырех приемников 1 .Наиболее близким к предлагаемому является устройство для .измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов,излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер, нуль-.орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательнот соединенных дифференциатора, делителя числа импульсов, второго триггера схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов,20 разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход дифференциатора подключен также ко вторым. входам решающего блока, второго триггера и разностного счетчика нмпу сов, третий вход которого подклю к выходу схемы И, ко входу котор подсоединен выход первого генера стабильной частоты и выход перво триггера, подключенного вторым в через нуль-орган к выходу генера возбуждающих импульсов, при этом ход приемника подключен также ко рым входам делителей числа импул а генератор возбуждающих импульс содержит второй генератор стабил частоты, модулятор и генератор т вых импульсов, подключенный ко в му выходу генератора импульсов, входам дифференциатора и модулят подключенного выходом к первому ду генератора возбуждающих импул а входом - к выходу второго генер тора стабильной частоты 2).3 8774Цель изобретения - автоматизация измерений.Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первый генератор стабильной частоты, излучающий и принимающий. ультразвуковые преобразователи, приемник, два триггера, нуль-орган, второй генератор стабильной частоты, первую схему Ц, счетчик, делитель числа импульсов и ре" шающий блок, дополнительно введены три приемника ультразвука, коммутатор.1 вторая схема И, схема ИЛИ, третий триггер, оперативная память, устрой" ство записи-считывания и блок регис 20 рации, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен ко входам коммутатора первого триггера, схемы ИЛИ, решающего блока и устройства записи-считывания, а вход - к выходу блока регистрации и второму входу коммутатора, третьи входы которого соединены с принимающими преобразователями, а выход-со входом приемника, выход первого генератора стабильной частоты через нуль-орган подсоединен ко второму входу решающего блока и первому входу второй схемы И, выход приемника через последовательно соединенные схему ИЛИ и третий триггер подключен к третьему входу первой схейы И и второму входу делителя числа импульсов, выход первого триггера посредством второй схемы И связан со вторым входом третьего триггера, выходы счетчика через оперативную память40 и решающий блок подсоединены ко входам блока регистрации, а выходы устройства записи-считывания соединены со вторыми входами оперативной памяти и четвертым входом решающего блока, при этом приемники ультразвука совмещены с вершинами вообразимого квадрата, в центре которого помещен излучатель.На фиг.показана структурная схема измерителя на фиг. 2 - временные днаграммы, поясняющие работу измерителя.Измеритель содержит генератор 1 возбуждающих импульсов, в состав ко дорого входят генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3 и первый ге:нератор:4 стабильной частоты, К пер 9,ному 1,управляющему) входу модулятора 3 подключен выход генератора 2, а ко второму - выход генератора 4 стабильной частоты. Выход модулятора 3 (или генератора 1 возбуждающих импульсов) подключен к излучающему преобразователю 5, Приемники 6-9 ультразвука подсоединены к третьим входам коммутатора 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов, а выход через приемник 11 подключен ко вторым входам первогб триггера 12 и схемы ИЛИ 13. Выход первого триггера 12 соединен со вторым входом второй схемы И 4, первый вход которой подключен через нуль-орган 5 к выходу первого генератора 4 стабильной частоты, а выход . - ко второму входу третьего триггера 16. Первый вход триггера 16 соединен с выходом схемы ИЛИ 13, а выход - с третьим входом первой схемы И 17, первый вход которой подключен к выходу второго генератора 18 стабильной частоты. Выход третьего триггера 16 соединен также посредством делителя 19 числа импульсов и второго триггера 20 со вторым входом их первой схемы И 17, выход которой через счетчик 21 импульсон подключен к первым входамВ блока 22 оперативной памяти, Вторые входы блока 22 соединены с выходами устройства 23 записи-считывания, а выходы - с.третьими нходами решающего блока 24, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа 15, четвертый - к выходу блока 23, а выходы - ко входам блока 25 регистра-. ции. Выход блока 25 регистрации соединен со вторым входом коммутатора10 и входом генератора 2 тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам первого триггера 12, схемы ИЛИ 13, решающего блока 24, делителя 19 числа импульсов, второго триггера 20, счетчика 21 импульсов и входу блока 23.Измеритель работает следующим образом.В начальный момент времени (фиг. 2.26) блок регистрации 25 например, при нажатии находящейся в этом блоке кнопки "Старт" ) вырабатывает видеоимпульс, который переводит н.исходное состояние коммутатор 10 н запускает генератор 2 тактовых импуль сон. На выходе генератора 2 образуется пакет из четырех нидеоимпульсовЧисло тимпульсов в одной серии равно Йр = т + 1 ,Й О = (Ь 1 О вре4 р 1о Хо менной сдвиг между сигналами на выходе модулятора 3 и приемника 11), ОСычно Ж ( дТО(С во всем диапазоне изменений параметров атмосферы (например, выбирают дТ = - = -у при каЬ 1О . Я либровке прибора на сред ее значение диапазонов изменения скорости ветра и температуры). Серии импульсов 36 с выхода первой схемы И поступают на второй вход счетчика 21 импульсов, в котором накопляются до того времени, пока не будет переполнен делитель 19 числа импульсов, на второй вход которого поступают видеоимпульсы 35 с выхода третьего триггера 16. Коэффициент деления делителя 19 числа импульсов К 1 выбран из К( 2 И, где Т в , время прохождения ультразвукового сигнала в среде, т.е. пачка импульсов 35, соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу 30, формируется при наличии чисто бегущей вол". ны в акустической системе. При переполнении делителя 19 числа импульсов на его выходе образуется импульс 37, который переводит второй триггер 20 в нулевое состояние, чем первая схема 5 8774427, что соответствует четырем тактамизмерения, а период повторения импульсов и их длительность выбирается изусловий обеспечения бегущей волны всистеме. Первый импульс из четырех . 5переводит в нулевые (исходные) состояния первый триггер 12, через схемуИЛИ 13 третий триггер 6, делитель10 числа импульсов, счетчик 21 импульсов и решающее устройство 24, а в 1 Оединичное - второй триггер 20(фиг. 2,28), посредством устройствазаписи-считывания 23 оперативную память в режим записи информации в первый регистр, а коммутатор - в состояние, при котором первый приемник 6ультразвука подключается ко входуприемника 11, этот видеоимпульс поступает также на модулятор 3, на второй вход которого поступает сигнал 2 О29 с выхода первого генератора стабильной частоты 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс 30, частота заполнениякоторого выбирается так, чтобы разница между верхним 25и нижним Пределами динамического диапазона измеряемых параметров атмосферы соответствовала фазовому сдвигусигнала на выходе приемника 11, равному 23 Г. Импульс 30 поступает на излучающий преобразователь 5, в которомпреобразуется в акустический и излучается в окружающую среду. Излученныйсигнал проходит исследуемую среду ипринимается приемниками 6-9 ультра 35звука, однако на выходе коммутатора10 в данный момент времени вьщеляется сигнал 31 только ат первогоприемника 6 ультразвука. Электрический сигнал 31 с выхода коммутатора поступает на приемник )1, гдепроходит первичную и вторичную обработку. С выхода генератора 4 стабильной частоты непрерывный синусоидаль ный сигнал поступает также на вход45 нуль-органа 15, на выходе которого образуются импульсы 32, нормированные по амплитуде и длительности. Эти импульсы соответствуют по времени моментам прохождения через нулевые значения сигнала 20 на входе нуль- органа. Импульсы 32 беспрерывно поступают на входы второй (закрытой) схемы И 14 и решающего блока 24. Схема И 14 находится в закрытом состоянии пока на выходе блока 11 не55 появляются импульсы 33, соответствующие по времени моментам перехода :через нулевые значения сигнала, при 9 6нятого приемником 6 ультразвука. Первый импульс 33 с выхода блока 11 переводит первый триггер 12 в единич"ное состояние, чем открывается схемаИ 14, через схему ИЛИ 13 подтверждает нулевое состояние третьего триггера 16. Импульсы с выхода нуль-органа15 проходят через схему И 14 (фиг.234)и поступают на второй вход третьеготриггера 16, на первый вход которогопоступают импульсы 33 с выхода схемыИЛИ 3. При этом на выходе триггера16 образуются импульсы 35, длительность которых, несет информацию обизменении параметров атмосферы. С выхода блока 16 видеоимпульсы 35 поступают на третий вход первой схемы И 17.и второй вход делителя 19 числаимпульсов. Делитель 19 импульсовпредназначен для накоппления информации. Коэффициент деления делителя обычно выбирается от единицы донескольких десятков. На первый входпервой схемы И 17 непрерывно поступают импульсы дискретизации с частотой Гр 1 Г с выхода второго генератора 18 стабильной частоты, поэтомуна выходе схемы И 17 образуются серии импульсов 36.498форме, что расширяет область применения ультразвуковых контрольно-изме- рительных приборов. И закрывается и процесс измерения в первом такте измерения прекращается.В конечном итоге в каждом такте из мерения в счетчике 21 импульсов накапливается число импульсов Й 4 = К 1 ф о +1),аКод с выходов счетчика 21 импульсов поступает на входы блока 22 оперативной памяти, где записывается в первом регистре памяти.1 ОД приходом следующего тактового импульса 27 переводятся в нулевые исходные состояния первый триггер 12 через схему ИЛИ 13, третий триггер 16, делитель 19 числа импульсов и счетчик 21 импульсов, в единичное - второй15триггер 20 устройство 23 записи-считывания подключает к выходам счетчика 21 импульсов второй регистр, а комму-.татор подключает ко входу приемника11 приемник 7 ультразвука, и происхо 20 дит процесс измерения параметров во втором такте измерения. С приходомтретьего и четвертого тактовых импульсов 27 весь процесс измерения пов торяется с той лишь разницей, что ком 25мутатор подключает к приемнику по. очередно приемники 8 и 9 ультразвука,а устройство записи-считывания под"ключает к выходам счетчика 2 Г импульсов поочередно третий и четвертыйрегистры памяти в блоке 22 оперативной памяти. По окончании четвертого 1 последнего в цикле измерения) тактового импульса 27 устройство записисчитывания при помощи собственного З 5генератора импульсов переводит информацию в виде кода с регистров памятив решающий блок 24, на второй входкоторого непрерывно поступают импульсы 32 с выхода блока 15, с частотой 4 ОГ; В решающем блоке по заданному алгоритму исчисляются значения скоростии направления ветра и температурыатмосферы. Результат измерения высвечивается на цифровом табло блока регистрации или печатается на бумажнойленте цифропечатающего устройства.По окончании печатания на выходерегистрирующего блока образуется импульс 26, и начийается слеДующий цикл 5 Оизмерения.Предлагаемый ультразвуковой измеритель позволяет автоматизироватьизмерения скорости и направления ветра, температуры и, при составлении , 55.нужного алгоритма, некоторых другихпараметров атмосферы, результаты измерения представляются в цифровой Формула изобретения 7 8774 Ультразвуковой измеритель параметров атмосферы, содержащий соединенные электроакустически последова-, тельно генератор возбуждающих импульсов, включающий генератор тактовых импульсов, модулятор и первый генератор стабильной частоты, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник, два триггера, нуль-орган, второй генератор стабильной частоты, первую схему И, счетчик, делитель числа импульсов и решающий блок, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью автоматизации измерений, в него дополнительно вве" дены три приемника ультразвука, коммутатор, вторая схема И, схема ИЛИ, третий триггер, оперативная память, устройство записи-считывания и блок регистрации, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен ко входам коммутатора первого триггера, схемы ИЛИ, решающего блока и устройства записи-считывания, а вход - к выходу блока регистрации и второму входу коммутатора, третьи входы которого соединены с принимающими преобразователями, а выход - со входом приемника, выход первого генератора стабильной частоты через нуль-орган подсоединенко второму входу решающего блока и первому входу второй схемы И, выход приемника через последовательно соединенные .схему ИЛИ и третий триггер подключен к третьему входу первой схемы И и второму входу делителя числа импульсов, выход первого триггера посредством второй схемы И связан со вторым входом третьего триггера, выходы счетчика через оперативную память и решающий блок подсоединены ко входам блока регистрации, выходы устройства записи-считывания соединены со вторыми входами оперативной памяти и четвертым входом решающего блока, при этом приемники ультразвука совмещены с вершинами вообразимого квадрата, в центре которого помещен излучатель Источники информации,принятые во .внимание при экспертизе. Ивркарьяи А.Г. Измеряет и конт-;ролирувт ультразвук. М., "Энание",1977, с, 32. 9 102. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2668973/18-10,кл. 6 01 К 1/24, 1978 (прототип).