RU2522742C2

RU2522742C2 - Linear displacement transducer

Info

Publication number: RU2522742C2
Application number: RU2012133845/28A
Authority: RU
Inventors: Вадим Аркадьевич Жмудь; Денис Олегович Терешкин; Александр Валерьевич Ляпидевский; Антон Викторович Захаров
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2012133845A

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation to be used for high-precision contactless measurements in geodesy and construction. It is composed by linear displacement transducer consisting of two radio signal sources, two radio signal receivers, two time interval metres and analysis and indication means. Smooth modulation generator and time attribute generator defining signal individual attributes are mounted at input of every said source. Signal of every source arrives to inputs of every receiver. Inputs of time interval appropriate metre are connected via two channels to outputs of every receiver. Each of the latter comprises smooth modulation generator and time attribute generator defining signal individual attributes. Note here that output of smooth modulation generator is connected with input of time attribute generator defining signal individual attributes its output doubles as the signal processing channel output. Every time interval metre has its output connected to appropriate input of analysis and indication means.

EFFECT: higher precision.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в геодезии, строительстве, системах контроля состояния сложных инженерных сооружений: ГЭС, плотин, мостов и др. для выполнения высокоточных бесконтактных измерений.The invention relates to measuring equipment and can be used in geodesy, construction, monitoring systems of complex engineering structures: hydroelectric power stations, dams, bridges, etc. to perform highly accurate non-contact measurements.

Для высокоточных бесконтактных измерений линейных перемещений и размеров применяют методы, основанные на известной скорости распространения оптических волн или радиоволн. Измерительные устройства преобразуют измеряемое линейное расстояние во время задержки отраженного сигнала, которое затем измеряется специальными электронными средствами - измерителями интервалов или фаз. Недостатком оптических измерительных устройств является зависимость точности измерений от метеоусловий, влияющих на скорость распространения оптических волн в воздухе, а также необходимость прямой оптической видимости между источником излучения и приемником излучения. Недостатком радиотехнических измерительных устройств является сложность конструирования источника узконаправленного излучения и отражателя радиоволн и сложность настройки таких устройств, а также возникновение помех от сторонних объектов, которые сложно устранить.For high-precision non-contact measurements of linear displacements and sizes, methods based on the known propagation speed of optical waves or radio waves are used. Measuring devices convert the measured linear distance during the delay of the reflected signal, which is then measured by special electronic means - meters of intervals or phases. A disadvantage of optical measuring devices is the dependence of the measurement accuracy on weather conditions affecting the speed of propagation of optical waves in air, as well as the need for direct optical visibility between the radiation source and the radiation receiver. The disadvantage of radio-technical measuring devices is the difficulty of designing a source of narrow radiation and a reflector of radio waves and the difficulty of tuning such devices, as well as the occurrence of interference from third-party objects, which are difficult to eliminate.

Известен оптический измеритель линейных перемещений, схема которого приведена на рис.1, где 1 - источник оптического излучения, 2 - передающая оптическая система, 3 - объект, 4 - приемная оптическая система, 5 - фотоприемник, 6 - средство обработки, 7 - вычислительное средство, 8 - среда распространения излучения [М.И.Мусяков, И.Д.Миценко. Оптико-электронные системы ближней дальнометрии. Москва: Радио и связь. 1991. с.4]. В этом измерителе излучение от источника оптического излучения 1 через передающую оптическую схему 2 поступает в среду распространения излучения 8, где распространяется до объекта 3 и обратно к приемной оптической системе 4. Фотоприемник 5 преобразует оптический сигнал в электрический, который поступает на средство обработки 6, где определяются соотношения фаз, частот или иных характеристик принятого сигнала, по которым вычислительное средство 7 вычисляет расстояние от измерителя перемещений до объекта. На прохождение через среду 8 в прямом и обратном направлении оптическое излучение затрачивает некоторое время вследствие конечной скорости распространения света в этой среде. Измерение этой задержки позволяет измерять расстояние до объекта. Для измерения этой задержки может использоваться сравнение с сигналом, поступающим на этот же или на дополнительный фотоприемник минуя путь к объекту или обратно. Или же в сигнале, распространяющемся к объекту и обратно, могут содержаться несколько модуляционных частот. Одинаковая задержка по времени в сигналах на различных частотах приводит к разным фазовым сдвигам в принимаемых сигналах, что позволяет вычислить величину задержки во времени. Это вычисление осуществляет средство обработки, а средство вычисления преобразует ее выходные сигналы в форму, удобную для восприятия человеком или регистрирующим устройством. Недостатком этого измерителя является зависимость результата измерения от метеоусловий, таких как давление и температура, изменяющих скорость света в среде 8, которой является воздух, что снижает точность измерений. Другим недостатком является необходимость прямой оптической видимости на всей измерительной длине между элементами 2, 3 и 4.Known optical linear displacement meter, the circuit of which is shown in Fig. 1, where 1 is a source of optical radiation, 2 is a transmitting optical system, 3 is an object, 4 is a receiving optical system, 5 is a photodetector, 6 is a processing tool, 7 is a computing tool , 8 - radiation propagation medium [M.I. Musyakov, I.D. Mitsenko. Optoelectronic short-range systems. Moscow: Radio and communications. 1991. p. 4]. In this meter, the radiation from the optical radiation source 1 through the transmitting optical circuit 2 enters the radiation propagation medium 8, where it propagates to the object 3 and back to the receiving optical system 4. The photodetector 5 converts the optical signal into an electric signal, which is transmitted to the processing means 6, where the ratios of phases, frequencies or other characteristics of the received signal are determined by which computing means 7 calculates the distance from the displacement meter to the object. Optical radiation spends some time passing through the medium 8 in the forward and backward directions due to the finite speed of light propagation in this medium. Measuring this delay allows you to measure the distance to the object. To measure this delay, a comparison with the signal arriving at the same or an additional photodetector bypassing the path to the object or vice versa can be used. Or, a signal propagating to and from the object may contain several modulation frequencies. The same time delay in signals at different frequencies leads to different phase shifts in the received signals, which allows us to calculate the amount of time delay. This calculation is carried out by the processing means, and the calculation means converts its output signals into a form convenient for human perception or by a recording device. The disadvantage of this meter is the dependence of the measurement result on weather conditions, such as pressure and temperature, changing the speed of light in medium 8, which is air, which reduces the accuracy of the measurements. Another disadvantage is the need for direct optical visibility over the entire measuring length between elements 2, 3 and 4.

Известен также измеритель линейных перемещений, схема которого приведена на рис.2, где 1 - источник электромагнитных волн, 2 - объект; 3 - приемник электромагнитных волн; 4 - синхронизатор; 5 - индикатор [А.П.Сивере, Н.А.Суслов, В.И.Метельский. Основы радиолокации. Ленинград: Судпромгиз. 1959 г. с.9].A linear displacement meter is also known, the circuit of which is shown in Fig. 2, where 1 is a source of electromagnetic waves, 2 is an object; 3 - receiver of electromagnetic waves; 4 - synchronizer; 5 - indicator [A.P. Sivere, N.A.Suslov, V.I. Metelsky. Basics of radar. Leningrad: Sudpromgiz. 1959, p. 9].

Этот измеритель линейных перемещений работает следующим образом. Синхронизатор 4 формирует связанные по времени сигналы на входы источника электромагнитных волн 1 и приемника источник электромагнитных волн 3. Источник электромагнитных волн 1 по сигналу синхронизатора 4 со своей антенны посылает сигнал, часть которого отражается объектом 2 и поступает на антенну приемника электромагнитных волн 3. Время поступления этого сигнала на приемник 3 сравнивается со временем поступления сигнала от синхронизатора и по запаздыванию во времени поступления отраженного сигнала по сравнению с сигналом синхронизатора ΔT определяется расстояние до объекта 2, равное произведению скорости распространения локационного сигнала V на запаздывание ΔT. Результат измерения отображается на индикаторе 5. Таким образом, система позволяет определить расстояние между местом размещения источника электромагнитных волн и приемника электромагнитных волн и объектом 2.This linear displacement meter works as follows. The synchronizer 4 generates time-related signals to the inputs of the electromagnetic wave source 1 and the receiver, the electromagnetic wave source 3. The electromagnetic wave source 1 sends a signal from the antenna of the synchronizer 4, part of which is reflected by the object 2 and fed to the antenna of the electromagnetic wave receiver 3. The arrival time of this signal to the receiver 3 is compared with the time of arrival of the signal from the synchronizer and the delay in the time of arrival of the reflected signal compared to the synchronizer signal and ΔT determines the distance to object 2 equal to the product of the propagation velocity of the location signal V and the delay ΔT. The measurement result is displayed on indicator 5. Thus, the system allows you to determine the distance between the location of the source of electromagnetic waves and the receiver of electromagnetic waves and object 2.

Недостатком этого устройства является недостаточно высокая точность измерений, обусловленная тем, что в нем используется сигнал радиотехнического диапазона, отраженный от объекта сложной формы, что вызывает искажение формы отраженного сигнала. Применение специального отражателя довольно сложно и при этом недостаточно эффективно в связи с противоречивостью требований его узконаправленного действия и малого искажения фазы.The disadvantage of this device is the insufficiently high accuracy of the measurements, due to the fact that it uses a signal of the radio engineering range reflected from an object of complex shape, which causes distortion of the shape of the reflected signal. The use of a special reflector is rather complicated and at the same time insufficiently effective due to the contradictory requirements of its narrowly targeted action and small phase distortion.

Известен измеритель линейных перемещений, принятый за прототип [Измеритель линейных перемещений, патент на полезную модель №87252, опубликовано 27.09.2009, Бюл. №27].A known linear displacement meter, adopted for the prototype [Linear displacement meter, utility model patent No. 87252, published September 27, 2009, Bull. No. 27].

Схема этого измерителя приведена на рис.3. Она содержит:The circuit of this meter is shown in Fig. 3. It contains:

- 1 и 2 - источник радиосигналов;- 1 and 2 - a source of radio signals;

- 3 и 4 - приемник радиосигналов;- 3 and 4 - receiver of radio signals;

- 5 и 6 - средство измерения временных интервалов;- 5 and 6 - a means of measuring time intervals;

- 7 - средство анализа и индикации.- 7 - means of analysis and indication.

Выходом измерителя является информация, накапливаемая в средстве анализа и индикации 7.The output of the meter is information accumulated in the means of analysis and indication 7.

Этот измеритель линейных перемещений работает следующим образом.This linear displacement meter works as follows.

Источники радиосигналов 1 и 2 излучают сигналы, которые легко могут быть отличены друг от друга, причем каждый из таких сигналов содержит периодически появляющиеся признаки времени или фазы встроенного генератора или эталона времени.Sources of radio signals 1 and 2 emit signals that can easily be distinguished from each other, and each of these signals contains periodically appearing signs of time or phase of the built-in generator or time standard.

Каждый приемник воспримет сигнал каждого источника, различая их по характерным признакам. Предположительно, таким признаком отличия сигналов от разных передатчиков является различная несущая частота. Принятые сигналы вместе с содержащимися в них признаками времени поступают на средства измерения временных интервалов. Каждое из средств измерения временных интервалов определяет разность моментов этих признаков. Обозначим время обнаружения временного признака в сигнале от передатчика с номером N на приемнике с номером М как t_NM. Тогда, если приемники и источники выстроены в прямую линию, начинающуюся первым источником, проходящую через первый приемник, затем через второй приемник и после этого через второй источник, то отличие разности моментов возникновения временных признаков Δt=(t₁₁-t₂₁)-(t₂₁-t₂₂) пропорционально расстоянию между приемниками.Each receiver will perceive the signal of each source, distinguishing them by characteristic signs. Presumably, such a sign of the difference between the signals from different transmitters is a different carrier frequency. The received signals, together with the time signs contained in them, are supplied to the time interval measurement means. Each of the time interval measurement tools determines the difference of the moments of these signs. We denote the time of detection of a temporary sign in the signal from the transmitter with the number N on the receiver with the number M as t _NM . Then, if the receivers and sources are lined up in a straight line, starting with the first source, passing through the first receiver, then through the second receiver and then through the second source, then the difference in the difference in the moments of occurrence of time signs Δt = (t ₁₁ -t ₂₁ ) - (t ₂₁ -t ₂₂ ) in proportion to the distance between the receivers.

Эта разница зависит только от искомого расстояния между приемниками, а также от скорости радиоволны. Это позволяет вычислить величину искомого расстояния, не используя отражатели сигнала.This difference depends only on the desired distance between the receivers, as well as on the speed of the radio wave. This allows you to calculate the required distance without using signal reflectors.

Таким образом, устройство позволяет измерять расстояние между антеннами двух приемников. В устройстве не требуется отражатель электромагнитных волн радиочастотного диапазона, что упрощает его конструкцию и удешевляет, устраняет зависимость результата измерения от качества такого отражателя. Это позволяет повысить точность измерений. В результате достигается упрощение системы и повышение точности измерений.Thus, the device allows you to measure the distance between the antennas of the two receivers. The device does not require a reflector of electromagnetic waves of the radio frequency range, which simplifies its design and reduces the cost, eliminates the dependence of the measurement result on the quality of such a reflector. This improves the accuracy of measurements. The result is a simplified system and improved measurement accuracy.

Второй источник выполняется в виде ретранслятора сигнала от первого источника, который работает на другой несущей частоте. В этом случае признаком времени первого может служить модуляционная частота от собственного низкочастотного генератора, а признаком времени второго передатчика может служить эта же модуляционная частота, которая получена путем демодуляции принятого сигнала от первого передатчика. При этом оба приемника содержат два селекторных каскада, два демодулятора и в качестве средства измерения временных интервалов содержат дифференциальный фазометр.The second source is in the form of a signal repeater from the first source, which operates at a different carrier frequency. In this case, the modulation frequency from the own low-frequency generator can serve as a sign of the time of the first, and the same modulation frequency, which is obtained by demodulating the received signal from the first transmitter, can serve as a sign of the time of the second transmitter. In this case, both receivers contain two selector stages, two demodulators and contain a differential phase meter as a means of measuring time intervals.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность измерений. Одна из причин недостаточной точности состоит в высокой погрешности определения точных моментов поступления признаков времени.The disadvantage of the prototype is not a sufficiently high measurement accuracy. One of the reasons for the lack of accuracy is the high error in determining the exact moments of the arrival of signs of time.

Признак времени может содержаться в явном или неявном виде в форме огибающей функции сигнала, передаваемого каждым из передатчиков. Явным признаком времени может служить, например, фронт импульса или момент инвертирования фазы передаваемого сигнала. Неявным признаком может служить, например, точное значение относительно медленно изменяющейся гармонической огибающей функции. Трудность точного определения явного признака времени состоит в следующем. Во-первых, он является одним из видов быстрого изменения сигнала, и, следовательно, спектр сигнала, содержащего этот признак, очень широкий. При передаче по радиочастотному каналу, имеющему, как правило, не слишком широкий спектр, часть исходного спектра не проходит через приемопередающий спектр. Оставшийся сигнал приобретает искажения, вызывающие изменение точного момента определения характерного признака времени, например фронт импульса растягивается, а момент переключения фазы сглаживается соответствующим переходным процессом. Во-вторых, если применять, например, корреляционный метод отыскания признака времени, то алгоритм реализации этого метода чрезвычайно усложняется, поскольку зависимость корреляционной функции от ошибки настройки коррелятора существенно не плавная, поэтому производная этой функции по ошибке многократно изменяет знак. Это приводит к тому, что возможны ошибочные настройки на локальные экстремумы корреляционной функции. Трудность точного определения неявного признака связана с несущественным изменением сигнала ошибки настройки при небольшой ошибке, то есть с низкой чувствительностью метода.The time sign may be contained in an explicit or implicit form in the form of an envelope of the function of the signal transmitted by each of the transmitters. An obvious sign of time can be, for example, the front of the pulse or the moment of inversion of the phase of the transmitted signal. An implicit sign can be, for example, the exact value of a relatively slowly varying harmonic envelope function. The difficulty in accurately determining the explicit sign of time is as follows. Firstly, it is one of the types of rapid change in a signal, and, therefore, the spectrum of a signal containing this feature is very wide. When transmitted over a radio frequency channel, which, as a rule, does not have a very wide spectrum, a part of the initial spectrum does not pass through the transceiver spectrum. The remaining signal acquires distortions causing a change in the exact moment of determining the characteristic sign of time, for example, the pulse front is stretched, and the moment of phase switching is smoothed by the corresponding transient. Secondly, if we apply, for example, the correlation method of finding the time attribute, the implementation algorithm of this method is extremely complicated, since the dependence of the correlation function on the correlator tuning error is substantially not smooth, therefore, the derivative of this function changes its sign many times by mistake. This leads to the fact that erroneous settings for local extrema of the correlation function are possible. The difficulty in accurately determining the implicit attribute is associated with an insignificant change in the tuning error signal with a small error, i.e., with a low sensitivity of the method.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности измерителя линейных перемещений.The present invention solves the problem of increasing the accuracy of the linear displacement meter.

Поставленная задача решается тем, что предлагается измеритель линейных перемещений, включающий два источника радиосигналов, два приемника радиосигналов, два средства измерения временных интервалов и средство анализа и индикации, подключенное своими входами к выходам каждого средства измерения временных интервалов, которые своими входами соединены с выходами соответствующих приемников радиосигналов, а каждый приемник радиосигналов соединен своими входами с выходами каждого источника радиосигналов, при этом на входах каждого источника радиосигналов установлены генератор гладкой модуляции и генератор признаков времени, а между выходами каждого приемника радиосигналов и входами соответствующих средств измерения временных интервалов имеется пара каналов обработки сигналов, каждый из которых содержит подключенные к его входу средство распознавания гладкой модуляции и средство распознавания признаков времени, причем выход средства распознавания гладкой модуляции соединен с дополнительным входом средства распознавания признаков времени, выход которого является выходом канала обработки сигналов, при этом каждый приемник радиосигналов снабжен парой отдельных выходов, каждый из которых соединен с входом соответствующего канала.The problem is solved in that a linear displacement meter is proposed that includes two sources of radio signals, two receivers of radio signals, two means for measuring time intervals and analysis and indication means, connected by its inputs to the outputs of each means of measuring time intervals, which are connected by their inputs to the outputs of the respective receivers radio signals, and each receiver of radio signals is connected by its inputs to the outputs of each source of radio signals, while at the inputs of each source A radio modulation generator and a time sign generator are installed, and there is a pair of signal processing channels between the outputs of each radio signal receiver and the inputs of the corresponding time interval measuring instruments, each of which contains smooth modulation recognition means and a time sign recognition means connected to its input, the output being smooth modulation recognition means is connected to an additional input of the time sign recognition means, the output of which is output signal processing channels, each radio receiver provided with a pair of separate outputs, each of which is connected to the input of the corresponding channel.

Каждое средство распознавания гладкой модуляции может содержать включенные в петлю генератор гладкой модуляции, коррелятор и средство экстремальной настройки, выход которого является выходом этого средства распознавания гладкой модуляции, а его входом является второй вход коррелятора.Each smooth modulation recognition means may include a smooth modulation generator included in the loop, a correlator, and extreme tuning means, the output of which is the output of this smooth modulation recognition means, and its input is the second input of the correlator.

Каждое средство распознавания признаков времени может содержать включенные в петлю генератор признаков времени, коррелятор и средство экстремальной настройки, дополнительный вход которого является дополнительным входом этого средства распознавания признаков времени, а его входом является второй вход коррелятора.Each time sign recognition means may include a time sign generator, a correlator and an extreme setting means included in the loop, the additional input of which is an additional input of this time sign recognition means, and its input is the second input of the correlator.

Этот измеритель позволяет использовать одновременно два признака времени, один из которых - неявный и служит для робастного (грубого, приближенного) отыскания признака времени и настройки на него, а второй - явный и служит для точного определения признака времени, например, путем настройки фазы собственного (гетеродинного) генератора на этот признак времени. С этой целью в устройство введены два генератора гладкой модуляции и генератор признаков времени на входах каждого передатчика, а также между выходом каждого приемника и входом каждого средства измерения временных интервалов введены параллельно включенные два канала обработки сигналов.This meter allows you to use two signs of time at the same time, one of which is implicit and serves for robust (rough, approximate) retrieval of the time sign and adjusts to it, and the second is explicit and serves to accurately determine the time sign, for example, by setting the proper phase ( heterodyne) generator for this sign of time. For this purpose, two smooth modulation generators and a time indicator generator at the inputs of each transmitter are introduced into the device, and two parallel signal processing channels are introduced between the output of each receiver and the input of each time interval measuring device.

Схема этого измерителя перемещений приведена на рис.4. Она содержит:The diagram of this displacement meter is shown in Fig. 4. It contains:

1 и 2 - источники радиосигналов; 1 and 2 - sources of radio signals;

3 и 4 - приемники радиосигналов; 3 and 4 - receivers of radio signals;

5 и 6 - средства измерения временных интервалов; 5 and 6 - means of measuring time intervals;

7 - средство анализа и индикации; 7 - means of analysis and indication;

8 и 9 - генераторы гладкой модуляции; 8 and 9 - smooth modulation generators;

10 и 11 - генераторы признаков времени; 10 and 11 - generators of signs of time;

13, 14, 15 и 16 - каналы обработки сигналов I, II, III и IV; 13, 14, 15 and 16 - signal processing channels I, II, III and IV;

17 - средство распознавания гладкой модуляции (в каждом из каналов); 17 - means of recognition of smooth modulation (in each of the channels);

18 - средство распознавания признаков времени (в каждом из каналов). 18 - means for recognizing signs of time (in each of the channels).

Источники радиосигналов 1 и 2 снабжены двумя генераторами для модуляции передаваемых сигналов: генератором гладкой модулирующей функции и генератором признаков времени. Каждый из источников 1 и 2 излучает сигналы с индивидуальными признаками, например, на индивидуальной несущей частоте. Каждый из двух передаваемых сигналов имеет два вида модуляции. Каждая модуляция осуществляется сигналами с выходов соответствующих генераторов. Генератор гладкой модуляции формирует сигнал, осуществляющий гладкую модуляцию. Эта модуляция содержит неявные признаки времени и служит для робастной (грубой, предварительной) настройки каналов обработки сигналов. Генератор признаков времени формирует сигналы, содержащие явные признаки времени. Эти сигналы служат для модуляции, которая используется для точного определения моментом поступления признаков времени. Разные виды модуляции могут вводиться путем их суммирования или любым иным путем, например одна модуляция может быть амплитудной, а другая частотной. Каждый из приемников принимает сигнал каждого из источников и распознает их по индивидуальному признаку. Распознанный сигнал от каждого источника подается на индивидуальный канал обработки. Каждый из каналов обработки сначала путем распознавания гладкой модуляции для робастной (грубой, предварительной) настройки определяет моменты поступления неявных признаков времени, содержащихся в гладкой модуляции, вводимой в сигналы генераторами 8 или 9, после чего путем распознавания признаков времени более точно определяет моменты поступления явных признаков времени, вводимых в передаваемые сигналы генераторами признаков времени 10 или 11. Результатом действия каналов обработки сигналов 13, 14, 15 и 16 является точное определение моментов поступления явных признаков времени. Сигналы, отмечающие эти моменты, поступают на входы средств измерения временных интервалов 5 и 6, которые определяют разность времени поступления явных признаков времени от различных приемников. Результаты измерений поступают на средство анализа и индикации. Это средство вычисляет разность этих результатов, которая пропорциональна расстоянию между приемниками. Этот результат является выходом всего измерителя и отображается на индикации и (или) отправляется на дальнейшую обработку, например, для мониторинга состояния плотин.Radio sources 1 and 2 are equipped with two generators for modulating the transmitted signals: a smooth modulating function generator and a time sign generator. Each of the sources 1 and 2 emits signals with individual characteristics, for example, on an individual carrier frequency. Each of the two transmitted signals has two types of modulation. Each modulation is carried out by signals from the outputs of the respective generators. The smooth modulation generator generates a signal that performs smooth modulation. This modulation contains implicit signs of time and is used for robust (rough, preliminary) tuning of signal processing channels. The time sign generator generates signals containing explicit time signs. These signals are used for modulation, which is used to accurately determine when the time signs arrive. Different types of modulation can be introduced by summing them up or in any other way, for example, one modulation can be amplitude and the other frequency. Each of the receivers receives a signal from each of the sources and recognizes them by an individual attribute. The recognized signal from each source is fed to an individual processing channel. Each of the processing channels, first, by recognizing smooth modulation for robust (coarse, preliminary) settings, determines the moments of arrival of implicit time signs contained in smooth modulation introduced into the signals by generators 8 or 9, after which, by recognizing time signs, it determines more precisely the moments of arrival of explicit signs time entered into the transmitted signals by the generators of signs of time 10 or 11. The result of the action of the signal processing channels 13, 14, 15 and 16 is an accurate determination of the moment s receipt of clear signs of time. The signals marking these moments are fed to the inputs of measuring instruments for time intervals 5 and 6, which determine the difference in the time of arrival of obvious signs of time from various receivers. The measurement results are sent to the analysis and indication tool. This tool calculates the difference of these results, which is proportional to the distance between the receivers. This result is the output of the entire meter and is displayed and / or sent for further processing, for example, to monitor the status of dams.

Наличие в принятых сигналах гладкой модуляции позволяет легко осуществить робастную (грубую, предварительную) настройку, что исключает настройку на локальные экстремумы и повышает надежность и быстродействие системы. Наличие в принятых сигналах явных признаков времени позволяет осуществлять более точную окончательную настройку, что повышает точность измерения.The presence of smooth modulation in the received signals makes it easy to carry out robust (coarse, preliminary) tuning, which eliminates tuning to local extremes and increases the reliability and speed of the system. The presence in the received signals of obvious signs of time allows for a more accurate final adjustment, which increases the accuracy of the measurement.

Таким образом, поставленная задача повышения точности решена.Thus, the task of increasing accuracy is solved.

Каждый из каналов обработки сигналов 13, 14, 15 и 16 может быть, например, выполнен по схеме, показанной на рис.5.Each of the signal processing channels 13, 14, 15, and 16 can, for example, be made according to the scheme shown in Fig. 5.

Каждый канал содержит средство распознавания гладкой модуляции и средство распознавания признаков времени, причем входной сигнал каждого из этих каналов поступает на каждое из этих средств, и, кроме того, дополнительный сигнал грубой настройки поступает из средства распознавания гладкой модуляции на вход средства распознавания признаков времени. Этот сигнал позволяет более успешно (быстро и надежно) определять приближенное значение моментов поступления признаков времени.Each channel contains a means of recognition of smooth modulation and means of recognition of signs of time, and the input signal of each of these channels is supplied to each of these means, and, in addition, an additional signal of coarse tuning comes from means of recognition of smooth modulation to the input of recognition of signs of time. This signal allows you to more successfully (quickly and reliably) determine the approximate value of the moments of arrival of the signs of time.

Например, средство распознавания гладкой модуляции может содержать включенные петлей генератор гладкой модуляции, коррелятор и средство экстремальной настройки. Генератор гладкой модуляции 17 полностью идентичен генератору 8 или 9, подключенному к передатчику. Коррелятор сравнивает сигнал с выхода генератора гладкой модуляции 17 с сигналом, поступающим на другой его вход с выхода приемника. Выходной сигнал корреляции характеризуется гладкой зависимостью от ошибки настройки, производная этого сигнала по ошибке плавно изменяет свою величину и редко изменяет свой знак. Это позволяет средству экстремальной настройки надежно и безошибочно настроить фазу генератора гладкой модуляции 17, обеспечив близкое соответствие этой фазы фазе принятого сигнала. Сигнал автоподстройки с выхода средства экстремальной настройки используется средством распознавания признаков времени для предварительной настройки. Средство распознавания признаков времени может работать по такому же принципу и иметь аналогичную структуру, то есть содержать генератор признаков времени 20, идентичный генератору 10 или 11, коррелятор и средство экстремальной настройки. Это средство экстремальной настройки 22 использует информацию, поступающую с выхода средства распознавания гладкой модуляции для предварительной настройки генератора признаков времени. Это ускоряет процесс настройки и исключает настройку генератора признаков времени на локальный экстремум, следовательно, повышает точность определения моментов поступления признаков времени.For example, the smooth modulation recognition means may comprise a loop modulated smooth modulation generator, a correlator, and extreme tuning means. The smooth modulation generator 17 is completely identical to the generator 8 or 9 connected to the transmitter. The correlator compares the signal from the output of the smooth modulation generator 17 with the signal supplied to its other input from the output of the receiver. The correlation output signal is characterized by a smooth dependence on the tuning error, the derivative of this signal by mistake smoothly changes its value and rarely changes its sign. This allows the extreme tuning tool to reliably and accurately set the phase of the smooth modulation generator 17, ensuring that this phase closely matches the phase of the received signal. The auto-tuning signal from the output of the extreme tuning tool is used by the time sign recognition tool for presetting. The means for recognizing the signs of time can work on the same principle and have a similar structure, that is, contain a generator of signs of time 20, identical to the generator 10 or 11, a correlator and means of extreme tuning. This extreme tuning means 22 uses the information from the output of the smooth modulation recognition means to preset the time feature generator. This speeds up the setup process and eliminates the setting of the time sign generator to a local extremum, therefore, increases the accuracy of determining the moments of arrival of time signs.

Практическая реализация этого устройства может быть осуществлена на быстром микропроцессоре с соответствующей программой или на специализированном цифровом вычислительном устройстве на основе программируемых логических матриц.The practical implementation of this device can be carried out on a fast microprocessor with the appropriate program or on a specialized digital computing device based on programmable logic matrices.

В качестве генератора гладкой модуляции может, например, использоваться генератор гармонической функции, аппаратный или программный.As a smooth modulation generator, for example, a harmonic function generator, hardware or software, can be used.

В качестве генератора признаков времени может, например, использоваться программный или программно-аппаратный генератор длинной и сложной псевдослучайной последовательности импульсов.As a generator of signs of time, for example, a software or hardware-software generator of a long and complex pseudo-random pulse sequence can be used.

Источники сигналов могут быть выполнены как обычные радиопередатчики, использующие амплитудную, фазовую или иную модуляцию.Sources of signals can be performed as conventional radio transmitters using amplitude, phase or other modulation.

Средствами измерителей временных интервалов, как и в прототипе, могут служить счетчики времени или фазометры при условии обеспечения требуемой точности.Means of measuring time intervals, as in the prototype, can serve as time meters or phase meters, provided that the required accuracy.

Средством анализа и индикации, как и в прототипе, может служить персональный компьютер, оснащенный соответствующими средствами связи и программой для обработки сигналов.A means of analysis and indication, as in the prototype, can be a personal computer equipped with appropriate communication tools and a program for processing signals.

Claims

1. A linear displacement meter, including two sources of radio signals, two receivers of radio signals, two means of measuring time intervals and means of analysis and indication, connected by its inputs to the outputs of each means of measuring time intervals, which are connected by their inputs to the outputs of the respective radio signal receivers, and each receiver of radio signals is connected by its inputs to the outputs of each source of radio signals, characterized in that a generator is installed at the inputs of each source of radio signals a smooth modulation torus and a time indicator generator, and between the outputs of each radio signal receiver and the inputs of the corresponding time interval measuring instruments there is a pair of signal processing channels, each of which contains smooth modulation recognition means and a time sign recognition means connected to its input, and the output of the recognition means is smooth modulation is connected to an additional input of the means for recognizing signs of time, the output of which is the output of the signal processing channel, When each radio receiver provided with a pair of separate outputs, each of which is connected to the input of the corresponding channel.

2. The meter according to claim 1, characterized in that each smooth modulation recognition means comprises a smooth modulation generator included in the loop, a correlator and extreme tuning means, the output of which is the output of this smooth modulation recognition means, and its input is the second input of the correlator.

3. The meter according to claim 1, characterized in that each means of recognizing the signs of time contains a time generator, a correlator and extreme tuning means included in the loop, the additional input of which is an additional input of this means of recognizing the signs of time, and its input is the second input of the correlator .