ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована, например, для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний в среде.
Прототипом полезной модели является измеритель времени распространения, содержащий последовательно соединенные генератор несущей частоты, формирователь импульсов, излучатель, приемник, дискриминатор-формирователь, синхронный детектор и сумматор, а так же - формирователь интервалов, первым входом соединенный со вторым выходом синхронного детектора, а первым выходом - со вторым входом формирователя импульсов, второй выход формирователя интервалов соединен со вторым входом дискриминатора-формирователя, третий выход формирователя интервалов соединен со входом счетчика, выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй вход синхронного детектора соединен со вторым выходом генератора несущей частоты - патент на полезную модель РФ №89252, G04F 10/06, 2009 г.
Недостатком этого устройства является его низкая точность и надежность.
В связи с этим, технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение точности и надежности измерения.
Эта задача решена в измерителе времени распространения, содержащем последовательно соединенные генератор несущей частоты, формирователь импульсов, излучатель, приемник, дискриминатор-формирователь, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель и сумматор, а также - формирователь интервалов, генераторы значений синуса и косинуса и счетчик периодов, при этом первый выход формирователя интервалов соединен со вторым входом формирователя импульсов, второй выход формирователя интервалов соединен со вторым входом дискриминатора-формирователя, третий выход формирователя интервалов соединен с первым входом счетчика периодов, четвертый выход формирователя интервалов соединен со входами генераторов значений синуса и косинуса, которые своими выходами соединены с вычислителем через второй и третий его входы, соответственно, четвертый вход вычислителя соединен со вторым выходом генератора несущей частоты, второй выход вычислителя соединен с первым входом формирователя интервалов, третий выход вычислителя соединен со вторым входом счетчика периодов, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а третий выход генератора несущей частоты соединен с третьим входом счетчика периодов.
На чертеже приведена блок-схема устройства.
Измеритель времени распространения содержит генератор 1 несущей частоты, формирователь интервалов 2, формирователь импульсов 3, дискриминатор-формирователь 4, излучатель 5, приемник 6, аналого-цифровой преобразователь 7, генератор значений синуса 8, генератор значений косинуса 9, вычислитель 10, счетчик периодов 11, сумматор 12.
В устройстве последовательно соединены следующие блоки: генератор 1 несущей частоты, формирователь импульсов 3, излучатель 5, приемник 6, дискриминатор-формирователь 4, аналого-цифровой преобразователь 7, вычислитель 10 и сумматор 12. Первый выход формирователя интервалов 2 соединен со вторым входом формирователя импульсов 3, второй выход формирователя интервалов 2 соединен со вторым входом дискриминатора-формирователя 4, третий выход формирователя интервалов 2 соединен с первым входом счетчика периодов 11, четвертый выход формирователя интервалов 2 соединен со входами генераторов значений синуса 8 и косинуса 9, которые своими выходами соединены с вычислителем 10 через второй и третий его входы, соответственно. Четвертый вход вычислителя 10 соединен со вторым выходом генератора 1 несущей частоты. Второй выход вычислителя 10 соединен с первым входом формирователя интервалов 2, третий выход вычислителя 10 соединен со вторым входом счетчика периодов 11, выход которого соединен со вторым входом сумматора 12. Третий выход генератора 1 несущей частоты соединен с третьим входом счетчика периодов 11.
Измеритель времени распространения работает следующим образом.
Генератор 1 несущей частоты вырабатывает электрические колебания, постоянно подаваемые на первый вход формирователя импульсов 3, четвертый вход вычислителя 10 и первый вход счетчика 11. Формирователь интервалов 2 задает интервалы циклической работы устройства. В начале такого рабочего цикла, импульс с первого выхода формирователя интервалов 2 попадает на второй вход формирователя импульсов 3, обеспечивающего поступление пачки импульсов с первого выхода генератора 1 на вход излучателя 5. Одновременно, после получения сигнала с третьего выхода формирователя интервалов 2 на первый вход счетчика периодов 11, начинается отсчет целого количества периодов несущей частоты. Кроме того, с четвертого выхода формирователя интервалов 2 поступает команда на запуск генераторов значений синуса 8 и косинуса 9.
Излучатель 5, получив на свой вход пропущенные формирователем импульсов 3 колебания с первого выхода генератора 1, преобразует их из электрических в распространяемые в среде измерения сигналы, например, ультразвуковые и излучает на приемник 6. Принятые приемником 6 сигналы преобразуются им в электрические колебания и со своего выхода передаются на первый вход дискриминатора-формирователя 4, который, по команде со второго выхода формирователя интервалов 2, включается и, получив сигнал с выхода приемника 6, передает его на вход аналого-цифрового преобразователя 7, откуда после оцифровки сигнал попадает на первый вход вычислителя 10.
Вычислитель 10, используя данные, получаемые с генератора 1 несущей частоты и генераторов значений синуса 8 и косинуса 9, вычисляет для оцифрованного сигнала с аналого-цифрового преобразователя 7 значения его модуля, а для максимального значения модуля - угол сдвига относительно начала периода. Затем, с первого выхода вычислителя 10, значение полученного угла сдвига передается на первый вход сумматора 12, а с третьего выхода вычислителя 10 подается команда на второй вход счетчика периодов 11, после чего последний посылает целое значение периодов на второй вход сумматора 12, который, суммируя данные, полученные с первого и второго входов, отправляет результат на вход регистрирующего устройства, например, компьютера, на рисунке не показанного.
Одновременно вычислитель 10 со своего второго выхода передает команду на первый вход формирователя интервалов 2 о прекращении текущего цикла работы измерителя времени распространения, и формирователь интервалов 2 запускает следующий цикл.
Работа вычислителя 10 происходит следующим образом.
Допустим, что с момента начала очередного цикла работы, заданного формирователем интервалов 2, проходит N полных периодов до момента начала поступления с аналого-цифрового преобразователя 7 на вычислитель 10 оцифрованного сигнала.
Осуществляется оцифровка сигнала аналого-цифровым преобразователем 7 с некоторым шагом. То есть, каждому моменту оцифровки соответствует определенный угол, для которого на вычислитель 10 с генераторов значений синуса 8 и косинуса 9 поступают соответствующие данные.
Вычислитель 10 для каждого из моментов оцифровки определяет произведение значений входного сигнала и синуса с косинусом, запоминает их и далее последовательно, со сдвигом на шаг оцифровки, суммирует эти произведения для полного периода.
Суммирование, то есть интегральная оценка, осуществляется с целью увеличения точности и надежности окончательных результатов.
Далее, по интегральным значениям произведений сигнала и синуса с косинусом вычисляется значение модуля входного интегрального сигнала и из полученных данных выбирается максимальное значение, для которого, в свою очередь, вычислитель 10 рассчитывает угол сдвига относительно начала текущего периода.
Полученный результат передается на сумматор 12, где складывается с числом полных периодов N, поступающим со счетчика периодов 11 и отправляет сумму на вход регистрирующего устройства.
Таким образом за счет введения в схему аналого-цифрового преобразователя 7, генератора значений синуса 8, генератора значений косинуса 9 и вычислителя 10, позволяющих по цифровому сигналу рассчитать время его распространения, значительно повышается точность и надежность измерения сигнала.