ЖУРНАЛ «СТА» №4/2003

49 СТА 4/2003 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА тронная схема фиксирует временно ′ й интервал, прошедший с момента ак- тивизации излучателя и формирует выходной электрический сигнал, про- порциональный этому временному интервалу. Она же поддерживает циф- ровой интерфейс с внешним миром. Зарегистрировав поступление пер- вого отражённого сигнала, схема уп- равления задерживает формирование очередного пускового импульса, ожи- дая возможного прихода отражённых сигналов от более удалённых объектов в зоне контроля. Измерительная схема с двумя головками «Слепая» зона может быть сущест- венно сокращена путём применения схемы, в которой в качестве излучателя и приёмника используются две отдель- ные головки датчика. При этом следует обеспечить максимальную чувстви- тельность схемы за счёт правильного выбора одной и той же резонансной частоты для излучателя и приёмника. Отслеживание порога Так как величина «слепой» зоны — важнейший параметр ультразвукового датчика, во многом определяющий его успех на рынке, компания Pep- perl+Fuchs уделяет особое внимание уменьшению данного параметра. Для этого используется способ отслежива- ния значения порога обнаружения. На очень близких расстояниях за время пе- реходного процесса сигнал успевает многократно пройти путь между сенсо- ром и объектом. Точность обнаружения существенно снижается изза искаже- ний, вносимых этим многократно отра- жённым сигналом. При этом ошибка метода растет очень быстро с уменьше- нием расстояния до объекта. Это приво- дит к необходимости компромисса между чувствительностью обнаруже- ния, вероятностью «ложной тревоги» и точностью измерения расстояния. Рис. 3 иллюстрирует метод отслежи- вания порога обнаружения (для не очень близких расстояний). Он состоит в том, что пороговое напряжение де- тектора, подаваемое на компаратор, формируется напряжением, перемен- ным во времени и повторяющим фор- му огибающей «хвоста» пачки импуль- сов, получаемого при затухании коле- баний мембраны. На рис. 4 приведены осциллограм- мы, иллюстрирующие явление много- кратного отражения сигнала от объек- та в паузе между пачками зондирую- щих импульсов излучателя. Расстоя- ние до объекта здесь превышает гра- ницу «слепой» зоны. На рис. 5 изображена ситуация, воз- никающая при нахождении объекта в «слепой» зоне при использовании от- слеживания порога обнаружения. Проблема состоит в том, что детектор «не знает», который по счету из мно- гократно отражённых сигналов пре- высил значение порога обнаружения. На рисунке зарегистрированным ока- зался второй из отражённых сигналов, что привело к удвоению фактического расстояния до объекта. Но эта ситуа- ция является недопустимой: датчик устанавливается и настраивается та- ким образом, чтобы объекты не попа- дали в «слепую» зону. Рис. 3. Уменьшение «мёртвого» времени датчика. Метод отслеживания порога Сигналы датчика Пусковой импульс Пороговое напряжение Отражённый сигнал Отражённый сигнал Отражения вдали от датчика Отражения вблизи датчика Обнаруженное отражение Подстройка порога обнаружения U U U U t t t t (us) Отражения Пороговое напряжение Автоматическое отслеживание порога обнаружения позволяет обнаружить отражённый сигнал даже в течение «мёртвого» времени преобразователя Рис. 4. Эффект многократных отражений при большом расстоянии до объекта Порог обнаружения Дальнейшие отражения с убывающей амплитудой Объект за пределами «слепой» зоны. Отражённый сигнал намного превышает порог обнаружения Рис. 5. Эффект многократных отражений при нахождении объекта в «слепой» зоне Объект очень близко к датчику. Отражения от объекта приходят во время переходного процесса. Первое отражение не превосходит порога обнаружения Только второй из отражённых сигналов превосходит порог и может использоваться для измерения дальности. Но измеренное расстояние будет вдвое превышать истинное Рис. 6. Потеря точности измерения при дальнейшем приближении объекта По мере приближения датчика к объекту всё больше сигналов могут остаться необнаруженными Датчик не может определить, который из отражённых сигналов превысил порог обнаружения. Это может быть пятым отражением от очень близкого объекта или первым отражением от объекта, который в пять раз дальше