Пристрій для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку

Реферат: UA 93963 U UA 93963 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується пристрою для безконтактного вимірювання відстані за допомогою ультразвуку. Відомий пристрій для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку (варіанти) [Патент України № 37232, МПК (2006): G01S7/523 (2006.01), G01S15/00, 2001 р., Бюл. № 4], що складається з передавача та приймача, які виконані у вигляді єдиного ультразвукового перетворювача, граничного перемикача порогів із змінним порогом переключення, аналогоцифрового перетворювача та мікрокомп'ютера. Встановлення порогу переключення повинно здійснюватися так, щоб, з одного блока не було можливості сприйняття побічних сигналів та завад, з іншого - забезпечувалося прийняття корисного сигналу за умови його ослаблення під час передачі та відбиття від перешкоди. З погляду на це, поріг переключення може бути змінним, у відповідності від рівня відбитих сигналів, або зовсім відсутній. Недоліком розглянутого пристрою є залежність результатів вимірювань від температури ультразвукового перетворювача. Підвищення температури призводить до зміни резонансної характеристики перетворювача, що впливає на процес випромінювання та сприйняття ультразвукових коливань. Таким чином, у випадку зміни температурного режиму навколишнього середовища буде вводитися додаткова похибка у вимірюванні відстані. Найбільш близький за технічною суттю є пристрій для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку [Патент України № 71221 А, МПК (2006): G01S7/52(2006.01), G01S15/00, 2004 р., Бюл. № 11], що складається з передавача та приймача, які виконані у вигляді єдиного ультразвукового перетворювача, граничного перемикача порогів із змінним порогом переключення, аналого-цифрового перетворювача, мікрокомп'ютера та блока діагностування і контролю. До виходу блока діагностування і контролю підключений нагрівальний елемент, а до входу - датчик температури. Нагрівальний елемент здійснює нагрів ультразвукового перетворювача, а датчик температури здійснює реєстрацію його поточної температури. Формування імпульсів керування з блока діагностування і контролю до нагрівача призводить до підвищення температури перетворювача, що викликає відхилення вимірюваного значення відстані. За відхиленням можливе діагностування пристрою, а також визначення ступеня впливу температури на результати вимірювань. Загальним недоліком обох розглянутих пристроїв є те, що, згідно з принципом дії ультразвукових перетворювачів, існує обмеження до діапазону вимірювання відстані. Так наявність, так званої, «сліпої» зони унеможливлює вимір малої відстані. З іншого блока, на великих відстанях точність виміру також знижується. Для ультразвукових перетворювачів достовірний вимір відстані може здійснюватися у діапазоні від мінімального до максимального. До того ж, точність виміру не є постійною і має тенденцію зниження до границь діапазону. Таким чином, існує значна складність забезпечення достовірності виміру в широкому діапазоні зміни відстані. Технічною задачею корисної моделі є вдосконалення пристрою для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку з метою забезпечення необхідної достовірності вимірювань у широкому діапазоні зміни відстані. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку, що містить граничний перемикач порогів із змінним порогом переключення, аналого-цифровий перетворювач, блок діагностування та контролю та мікрокомп'ютер, згідно з корисною моделлю, використовується не один, а декілька ультразвукових перетворювачів зі взаємно рознесеними діапазонами вимірювань, які мають зони перекриття, та вводиться блок селекції ультразвукових перетворювачів, який підключається на вхід граничного перемикача та дозволяє у будь-який момент часу вибирати найбільш достовірний результат вимірювання зі сформованої сукупності. В цьому випадку, комбінація діапазонів вимірювань ультразвукових перетворювачів забезпечує розширення загального діапазону усієї ультразвукової системи. На фіг. 1 схематично представлене розширення діапазону вимірювання у випадку використання системи з k ультразвукових перетворювачів. Згідно з кресленням, кожен перетворювач має діапазон вимірювань, відповідно ΔL-ΔLk. Також, кожному перетворювачі притаманна «сліпа» зона, відповідно Δ1,-Δk. Кожен з перетворювачів повинен мати зону перекриття діапазону вимірювань хоча б з одним перетворювачем. В цьому випадку, система з k датчиків буде мати неперервний діапазон вимірювань ΔL. На фіг. 2 схематично представлений запропонований пристрій для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку. Пристрій працює наступним чином. Система з k ультразвукових перетворювачів 2-4 здійснює передачу та прийом, відбитого від перешкоди 1, ультразвукового сигналу. На виході цих перетворювачів формуються сигнали, часові інтервали між якими визначають час проходження сигналу до перешкоди та у зворотному напрямку. Згідно з 1 UA 93963 U 5 10 поточним значенням відстані, мікрокомп'ютер 8 формує сигнал управління до блока селекції ультразвукових перетворювачів 5. Мікрокомп'ютер у будь-який момент часу вибирає той перетворювач, характеристики якого дозволяють при поточному значенні відстані здійснити вимір з максимальною точністю. Надалі, сигнал надходить до граничного перемикача порогів, що забезпечує необхідний рівень завадостійкості. Величина порога регулюється мікрокомп'ютером, відповідно до умов вимірювань. Сигнал ультразвукового перетворювача представляється у цифровій формі аналого-цифровим перетворювачем 7 і передається до мікрокомп'ютера, який формує на виході результати вимірювань L. Для здійснення діагностування пристрою та температурної корекції результатів вимірювань може використовуватися температурний датчик 9, нагрівач 10 та блок діагностування та контролю 11. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для вимірювання відстані за допомогою ультразвуку, що містить ультразвуковий перетворювач, підключений до входу граничного перемикача порогів зі змінним порогом переключення, вихід якого підключений до аналого-цифрового перетворювача, який, в свою чергу, разом з блоком діагностування і контролю, підключений до мікрокомп'ютера, а до блока діагностування і контролю підключені датчик температури та нагрівач, який відрізняється тим, що в ньому використовується не один, а k ультразвукових перетворювачів зі взаємно рознесеними діапазонами вимірювань, які мають зони перекриття, та вводиться блок селекції перетворювачів, інформація з якого надходить до мікрокомп'ютера, який формує сигнал управління на блок селекції, до входів якого підключаються ультразвукові перетворювачі, а його вихід підключається до входу граничного перемикача, що дозволяє у будь-який момент часу вибирати найбільш достовірний результат вимірювання зі сформованої сукупності. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2