200508. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés az ultrahangos távolságmérés hatótávolságának növelésére
1 HU 200508 B 2 -digitális átalakítóhoz vezérlőjelek bevitelére közvetlenül is csatlakozik. A kapcsolási elrendezés előnyös kiviteli alakja esetében a sorbakapcsolt generátor, érzékelő, távolságfüggő erősítő, szűrő és végfokozat különálló mérőkört képez. Ebben kimeneteivel a generátor, továbbá függvénygenerátoron át a távolságfüggő erősítő, bemenetéhez csatlakozó vezérlő van. A végfokozat kimenetéhez egyenáramú hőfokérzékelő kímenete jelátalakítón át csatlakozik. A mérőkör jelfeldolgozó-kiértékelőhöz kapcsolódik, amelyben a központi vezérlő egyik kimenete vonalmeghajtón át a mérőkör bemenetéhez, másik kimenete kapcsolóáramkör vezérlő bemenetéhez csatlakozik. A kapcsolóáramkör bemenetei két párhuzamos áramkörrel kapcsolódnak a mérőkör kimenetéhez. Ezek közül az egyik áramkör sorbakapcsolt sávszűrőt, erősítőt és demodulátort, míg a másik aluláteresztő szűrőt tartalmaz. A kapcsolóáramkör analóg-digitális átalakító bemenetéhez kapcsolódik. A központi vezérlő jelvezetékkel kapcsolódik a sávszűrőt követő erősítőhöz és az analóg-digitális átalakítóhoz. A találmány szerinti eljárás példaképpeni foganatosítási módját, valamint a kapcsolási elrendezés két példaképpeni kiviteli alakját az alábbiakban ismertetjük. A mellékelt rajzokon az 1. ábra a kapcsolás elvi felépítésének, a 2. ábra a mérőkömek, a 3. ábra a jelfeldolgozó-kiértékelőnek a tömbvázlatát ábrázolja. A példa esetében úgy járunk el, hogy a mérési ciklus időtartamát egymás utáni egyenlő időszakokra osztjuk. Ezek számát a mérési pontosságtól függően állapítjuk meg; minél nagyobb a szakaszok száma, annál nagyobb a felbontás és a mérési pontosság. Az egyes időszakaszok időtartama a mérési időintervallum meghatározott hányadrészét képezi. A viszszavert jel felerősített mását demoduláljuk. Egy, a demodulált jeleket ábrázoló függvényábra a visszhang és a zaj együttes értékének időfüggvényét ábrázolná. Ezt a demodulált jelet analóg-digitális átalakítóval minden egyes időszakasz kezdetén digitalizáljuk, vagyis az analóg jelet számszerűen megmérjük. Az első mérési ciklus egymás után következő időszakaszokban mért digitális értékeit operatív tár előre kijelölt tároló rekeszeiben tároljuk, egyidejűleg a tárolórekesz sorszámát is nyilvántartva. A következő mérési ciklusban ezt a folyamatot megismételjük oly módon, hogy az azonos sorszámú időszakaszokból eredő értékeket a megfelelő sorszámú tároló rekeszbe tároljuk és a már ott levő, - esetleg súlyozott - értékhez hozzáadjuk. Meghatározott számú mérési ciklus lefuttatása után a mért digitális értékeknek az egyes tároló rekeszekben tárolt összegeit a ciklusok számával elosztjuk, és a kapott hányadosokat ugyanazokba a tároló rekeszekbe visszatároljuk. Ha a tároló rekeszekben tárolt összegek által képezett értéksort analóg jelekké alakítanánk vissza, a visszhang- és a zajamplitúdók együttes értékének időfüggvényéhez hasonló függvényábrát nyernénk, de azzal a különbséggel, hogy a zajok amplitúdói jelentősen lecsökkenve jelennének meg és a visszhang amplitúdója határozottan kiemelkedne. A visszhang és a zaj amplitúdóviszonya Uv/Uz = s. Ennek javulása n számú mérési ciklus lefuttatása esetén: s’ = s/n1/2, vagyis a javulás fordítottan arányos a ciklusok számának négyzetgyökével, tehát már négy mérési ciklussal a visszhang és a zaj amplitúdó-viszonya a felére csökken. A mérési adatok gyűjtése és feldolgozása számítógéppel, ill. mikroprocesszorral történhet, önmagában ismert módon kidolgozott software segítségével. A számítógép kiválasztja a tárolt értéksorból a visszhangra jellemző csúcsot, vagyis a legnagyobb értéket, meghatározza az ezt tartalmazó tárolórekesz sorszámát, valamint a csúcsot tartalmazó időszakasz és a mérés kezdete között eltelt időtartamot, végül a hang terjedési sebességével kiszámítja a visszaverődés távolságát. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés 1 központi vezérlője - amely lehet számítógép, mikroprocesszor stb. - vezérli a 2 generátor ciklikus megszólaltatását. A 2 generátor hajtja meg a 3 érzékelőt, amely az ultrahang előállítására és a visszavert hangrezgés felfogására szolgál. A 3 érzékelőnek a visszavert jelből eredő kimenő válaszjele a szorzóáramkört tartalmazó, távolságfüggő 4 erősítőn át - amelynek erősítését az 1 központi vezérlő által vezérelt 5 függvénygenerátor szabja meg - a 6 demodulátorba lép be, adott esetben a 7 erősítőn át. A 6 demodulátor kimenetén megjelenő analóg egyenfeszültség digitális értékét a 8 analóg-digitális átalakító - amely a mintavétel időpontjára vonatkozó utasítást az 1 központi vezérlőtől kapja - az 1 központi vezérlő 9 operatív tárába (RAM) táplálja be. Az 1 központi vezérlő programját tartalmazó software a 10 fixtárban (ROM) van. A software gondoskodik arról is, hogy a 8 analóg-digitális átalakító kimenő jelei a 9 operatív tár megfelelő tároló rekeszeibe kerüljenek betáplálásra és ott a már betárolt értékekhez hozzáadódjanak. A softwareben meghatározott számú ciklus lefutása után az 1 központi vezérlő a software visszhangkereső algoritmusa segítségével kikeresi a 9 operatív tárnak a legnagyobb számszerű értéket tároló rekeszét, megállapítja az ehhez tartozó időszakasz és a ciklus kezdeti időpontja között eltelt időtartamot, képezi ennek szorzatát a hangsebességgel és a visszaverődés távolságát a 11 megjelenítőn kiírja. Az alapadatok és utasítások bevitelére a 12 billentyűzet szolgál. Amennyiben adott esetben a visszhang- és a zajamplitúdók együttes értékének időfüggvényére is szükség van, ez a 13 digitál-analóg átalakítóval állítható elő. A kapcsolási elrendezés egy gyakorlati változata a 14 mérőkörből (2. ábra) és a 15 jelfeldolgozó-kiértékelőből (3. ábra) áll. A 14 mérőkör tartalmazza a 16 vezérlő kimenetével sorbakapcsolt 2 ultrahang generátort, 3 érzékelőt, 4 erősítőt, 5 függ vény generátort, 17 szűrőt és 18 végfokozatot, amelynek kimenete a 14 mérőkör C kimeneti kapcsához csatlakozik, valamint az 5 függvény generátort. A C kapocshoz csatlakozik a 19 hőfokérzékelő egyenáramú kimenete is. A C kimeneti kapcson tehát a 18 végfokozat váltófeszültsége és a 19 hőfokérzékelő egyenárama a 20 jelátalakítón át, együtt jelenik meg. A 16 vezérlő vezérli a távolságfüggő 4 erősítőt, amelynek távolságfüggő vezérlésére az 5 függvénygenerátor szolgál. A 14 mérőkör B kapcsa mérőföldelés, A kapcsa a 16 vezérlő bemenete. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
