ГЕНЕРАТОР ЗОНДИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ
SOUNDING SIGNAL GENERATOR

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия, медицина.
Известен генератор зондирующих сигналов ударного действия, содержащий синхронизатор, импульсный генератор, накопительный элемент, ключевой элемент и колебательный контур (см. Н.И.Бражников «Ультразвуковая фазометрия». М.: Энергия, 1968 г., с.136-139, А.А.Хребтов и др. «Судовые эхолоты». Л.: Судостроение, 1989 г., с.15-18).
Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы (синхроимпульсы), запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируется видеоимпульс, поступающий на нормально закрытый ключевой элемент и открывающий его.
В накопительном элементе, например конденсаторе, в паузах между рабочими циклами генератора зондирующих сигналов накапливается электрическая энергия. Периодически с помощью ключевого элемента (тиратрон, тиристор, динистор и др.) накопительный элемент подключается к колебательному контуру и разряжается через него. В колебательном контуре формируются затухающие гармонические колебания, передаваемые затем на акустический преобразователь.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что зондирующий сигнал имеет экспоненциально затухающую огибающую, затрудняющую классификацию эхо-сигналов. Такие генераторы не позволяют менять в широких пределах длительность формируемого сигнала. При приеме эхо-сигналов отсутствует опорный сигнал с частотой лоцирования необходимой, например, для определения доплеровского смещения частоты эхо-сигналов, их синхронного детектирования и ряда других видов обработки.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом: синхронизатор, импульсный генератор.
Известен генератор зондирующих сигналов, вырабатывающий радиоимпульс с прямоугольной огибающей и содержащий синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала и усилитель мощности (см. Ю.С.Кобяков, Н.Н.Кудрявцев, В.И.Тимошенко «Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры». Л., Судостроение, 1986 г., с.181).
Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход генератора синусоидального сигнала и разрешающие его работу. Радиоимпульсы с его выхода поступают на усилитель мощности, а затем на акустический преобразователь.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что между зондирующими сигналами отсутствует генерация сигнала с частотой зондирующего сигнала, необходимого, например, для определения доплеровского смещения частоты эхо-сигналов, их синхронного детектирования и ряда других видов обработки.
Признаки, совпадающие с заданным объектом: синхронизатор, импульсный генератор, усилитель мощности.
От перечисленных недостатков свободен генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ, усилитель мощности (см. А.А.Хребтов и др. «Судовые эхолоты». Л., Судостроение, 1982 г., с.18-22).
Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа, на сигнальный вход которого поступает с генератора синусоидального сигнала непрерывный гармонический сигнал. Видеоимпульс открывает аналоговый ключ, гармонический сигнал проходит через него и поступает затем через усилитель мощности, а затем - на акустический преобразователь.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что радиоимпульсы, формируемые на выходе аналогового ключа, имеют произвольную начальную фазу, находящуюся в интервале 0-2π. Это объясняется тем, что генератор синусоидальных сигналов и синхронизатор работают независимо друг от друга, поэтому передний фронт видеоимпульса, открывающего аналоговый ключ, может приходиться на любую часть синусоидального сигнала, и поэтому радиоимпульс на выходе ключа может начинаться с любой начальной фазы.
Это приводит к тому, что форму формируемого радиоимпульса нельзя точно просмотреть на экране осциллографа (для этого можно использовать только осциллограф с памятью в режиме просмотра однократного сигнала), эхо-сигналы для разных циклов лоцирования также будут иметь произвольную начальную фазу, поэтому после их детектирования получим видеоимпульсы с разной крутизной фронтов, что дает дополнительную погрешность при определении временных интервалов между началом цикла лоцирования и временем прихода эхоимпульса. При подаче зондирующего сигнала с изменяемой начальной фазой на акустический преобразователь, а также эхо-сигналов на избирательные системы резонансных усилителей, будет меняться огибающая и фазовая структура получаемых акустических сигналов и усиленных эхо-сигналов (см. И.Д.Золотарëв «Нестационарные процессы в резонансных усилителях фазово-импульсных измерительных систем». Новосибирск, Haука, 1969 г., 176 с.), что также приведет к дополнительным погрешностям при определении времени прихода и амплитуды эхо-сигналов.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом: синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ и усилитель мощности.
Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей эхолокационной системы, использующей заявляемый генератор зондирующих сигналов.
Технический результат изобретения заключается в том, что генератор зондирующих сигналов вырабатывает радиоимпульсы (зондирующие сигналы) с постоянной начальной фазой.
Технический результат достигается тем, что в генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ и усилитель мощности, выход синхронизатора соединен с входом импульсного генератора, выход генератора синусоидальных колебаний - с аналоговым ключом, а его выход - с входом усилителя мощности, дополнительно введены компаратор и D-триггер, D-вход триггера соединен с выходом импульсного генератора, С-вход с выходом генератора синусоидального сигнала, выход триггера соединен с управляющим входом аналогового ключа.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, а на фиг.2 - эпюры напряжений в его различных точках.
Генератор зондирующих сигналов содержит синхронизатор 1, соединенный через импульсный генератор 2 с D-входом D-триггера 3, и генератор синусоидальных сигналов 4, соединенный через компаратор 5 с входом управления "С" D-триггера и с сигнальным входом аналогового ключа 6, вход управления которого соединен с выходом D-триггера, а выход - с входом усилителя мощности 7.
0
Синхронизатор 1 вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы U1, поступающие на вход импульсного генератора 2, работающего в ждущем режиме. Видеоимпульсы U1 запускают импульсный генератор 2, и на его выходе вырабатывается видеоимпульс U2, определяющий длительность формируемого зондирующего сигнала. Этот видеоимпульс поступает на D-вход D-триггера 3. Генератор синусоидальных колебаний 4 вырабатывает непрерывный гармонический сигнал U3 с частотой f, поступающий на сигнальный вход нормально закрытого аналогового ключа 6 и на компаратор 5, на выходе которого получают видеоимпульсы U4, соответствующие какой-либо части сигнала U3 (например, его полуволне положительной полярности, как показано на фиг.2), поступающие затем на вход управления D-триггера 3. На фиг.2 приведены эпюры для динамического входа управления D-триггера, активным для которого является перепад сигнала U4 из нуля в единицу. На выходе D-триггера формируются видеоимпульсы U5, начало и конец которых будут соответствовать передним фронтам видеоимпульсов U4. Видеоимпульсы U5 поступают на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа 6, открывают его, и на выходе ключа формируются радиоимпульсы U6, поступающие на вход усилителя мощности 7, а с его выхода - на акустический преобразователь. Гармонический сигнал в радиоимпульсах U6 будет начинаться и заканчиваться всегда с одной и той же фазы (в данном случае, равной нулю), то есть будут формироваться зондирующие сигналы с постоянной начальной и конечной фазой. Сигнал U5 будет соответствовать началу и концу зондирующего сигнала U6 и используется затем в качестве импульса синхронизации, осуществляющего временную привязку рабочих циклов всех блоков эхо-импульсного локатора. Параметры зондирующего сигнала в данном генераторе легко регулируются. Длительность определяется длительностью видеоимпульса
2
U, а частота заполнения - частотой гармонического сигнала
3
U, а начальная фаза - уровнем порога срабатывания компаратора 5.
Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения новых блоков и связей компаратора и D-триггера; D-вход триггера - соединен с выходом импульсного генератора, выход триггера с управляющим входом аналогового ключа, а управляющий вход триггера - через компаратор с выходом генератора синусоидального сигнала, формируется зондирующий сигнал с постоянной начальной и конечной фазами. Это расширяет эксплуатационные возможности локатора.
Реализация предложенного генератора зондирующих сигналов не представляет сложностей, например, синхронизатор можно выполнить на элементах микросхемы К561ЛН2, импульсный генератор и D-триггер на микросхеме К561ТМ2, компаратор - К554СА3, аналоговый ключ - К561КТ3, К561КП1, генератор синусоидальных сигналов и усилитель мощности выполняют по схемам, достаточно полно описанным в литературе (например, Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М., Радио и связь, 1997. - 320 с.) Испытания схемных реализаций данного генератора зондирующих сигналов, проведенные на кафедре ЭГА и МТ ТТИ ЮФУ, показали его преимущество по сравнению с имеющимися реализациями.