Гидрологический измеритель скорости звука

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения ультразвука в жидкостях и газах, в частности, при проведении гидрофизических исследований морей и океанов . Цель изобретения - повышение точности измерения. В электроакустическом тракте устройства, содержащем управляемый генератор, электроакустический преобразователь и два отражателя , получают последовательность эхо-сигналов. По времени между эхосигналами и расстоянию между отражателями судят о скорости распространения ультразвука в исследуемой ереде. Цепи коррекции-, выполненные из RS-триггеров, коммутатора, интеграторов , распределителя импульсов, дешифратора, делителя частоты и формирователя импульсов, обеспечивают уменьшение погрешности измерений за счет исключения ошибок, вызванных задержками в элементах электрического и акустического трактов, а также изменением длины акустической базы под воздействием внешних факторов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с € СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ai ((9(.И (ill (50 4 С 01 Н 5/00

f д

ggPf 99 94 ф p °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3862727/25-28 (22) 05.03.85 (46) 07.09.86. Бюл. N - 33 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР (72) Г.П. Дудников, А.П. Толстошеев и В.В. Холкин (53) 620.179.16(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н - 586341, кл. G 01 Н 5/00, 1976.

Океанология, т.22, вып.5, 1982, с.839. (54) ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКО-

РОСТИ ЗВУКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения ультразвука в жидкостях и газах, в частности, при проведении гидрофизических исследований морей и океанов. Цель изобретения - повышение точности измерения. В электроакусти" ческом тракте устройства, содержащем управляемый генератор, электроакустический преобразователь и два отражателя, получают последовательность эхо-сигналов. По времени между эхосигналами и расстоянию между отражателями судят о скорости распространения ультразвука в исследуемой среде. Пепи коррекции, выполненные из

RS-триггеров, коммутатора, интеграторов, распределителя импульсов, дешифратора, делителя частоты и формирователя импульсов, обеспечивают уменьшение погрешности измерений за счет исключения ошибок, вызванных задержками в элементах электрического и акустического трактов, а также изменением длины акустической базы под воздействием внешних факторов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения ультразвука в жидкостях и газах, в частности при проведении гидрофиэических исследований морей и океанов.

Цель изобретения — повьппение точности. измерения sa счет исключения ошибок, вызванных задержками в электроакустическом тракте и изменением акустической базы.

На фиг.1 представлена структурная схема гидрологического измерителя скорости звука; на фиг.2 — функциональная схема синхронного фильтра на фиг.3 вЂ, функциональная схема дешифратора, на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства °

Гидрологический измеритель скорости звука содержит (фиг. I) последовательно соединенные управляемый генератор 1, формирователь 2 импульсов, делитель 3 частоты, ра.спределитель 4 импульсов, генератор 5 возбуждающих импульсов, ограничитель б, усилитель 7, компаратор 8 и. первый

RS-триггер 9, последовательно соединенные коммутатор 10 и интегратор

11, измерительную ячейку 12, связанную с выходом генератора 5 возбуждающих импульсов, и подключенные к выходу управляемого генератора 1 последовательно соединенные линию 13 связи и регистратор 14, дешифратор 15, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами распределителя 4 импульсов, четвертый вход с выходом делителя 3 частоты, первый выход — с управляющим входом компаратора 8, второй RS-триггер 16, выход которого соединен с информационным входом коммутатора 10, S-вход — с первым выходом распределителя 4 импульсов, второй выход дешифратора

15 соединен с R-входами первого 9 и второго 16 КБ †триггер, выход первого триггера 9 соединен с управляющим входом коммутатора 10, и синхронный фильтр 17, вход которого подключен к выходу интегратора 11, выход — к входу управляемого генератора 1, а управляющий вход — к первому выходу дешифратора 15, измерительная ячейка 12 выполнена из электроакустического преобразователя

55871 2

18 и первого 19 и второго 20 отражателей, установленных перпендикулярно направлению излучения ультразвуковых колебаний на расстояниях соответст5 венно L u L от электроакустического

1 2 преобразователя t 8, удовлетворяющих соотношениям

L L12, L = Lt+L (1) где L — расстояние между первым 19 и вторым 20 отражателями.

Синхронный фильтр 17 (фиг.2) выполнен из последовательно соединенных ключа 21 и повторителя 22 напряжения и конденсатора 23, соединенного параллельно с входом повторителя 22 напряжения, информационный вход 24 ключа 21 служит входом синхронного фильтра t7 управляющий вход 25 ключа 21 служит управляющим входом синхронного фильтра 17, а выход 26 повторителя 22 напряжения служит выходом синхронного фильтра 17.

Дешифратор 15 (фиг.3) может быть выполнен из последовательно соединенных первого элемента И 27, элемента

ИЛИ 28 и второго элемента И 29. Первый вход 30 первого элемента И 27, второй 31 и третий 32 входы элемента

ИЛИ 28 и второй вход 33 второго эле.3О мента И 29 служат соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами дешифратора 15, а выход 34 элемента ИЛИ 28 и выход 35 второго элемента И 29 служат соответственно первым и вторым выходами дешифратора 15.

Устройство работает следующим образом.

40 Управляемый генератор 1 генерирует синусоидальный высокочастотный сигнал (фиг.4а) с частотой Г, преобразуемый формирователем 2 импульсов в последовательность прямоугольных

45 импульсов (фиг.4б), которая поступает на вход делителя 3 частоты, имеющего. коэффициент деления и.

Последовательность импульсов (фиг.4в) с выхода делителя 3 частоты

50 подается на вход распределителя 4 импульсов и на,четвертый вход дешифратора 15. По фронту импульса. (фиг.4г) с первого выхода распределителя 4 импульсов генератор 5 возбуж55 дающих импульсов вырабатывает короткий импульс (фиг.4ж), возбуждающий электроакустический преобразователь

18 измерительнбй ячейки I?, à RS1255871 триггер 16 устанавливается в состояние логической единицы (фиг.4м).

Электроакустический преобразователь 18 излучает в исследуемую среду ультразвуковой импульс. В результате 5 отражений излученного импульса от первого 19 и второго 20 отражателей в электроакустическом преобразователе 18 возбуждаются два эхо-сигнала (фиг.4ж). Временной интервал между эхо-сигналами определяется расстоянием между отражателями (акустичес— кой базой) и скоростью распростране— ния ультразвука в исследуемой среде.

Эхо-сигналы поступают на вход 15 усилителя 7 через ограничитель 6, предотвращающий перегрузку входа усилителя в момент формирования возбуждающего импульса, После усиления эхо-сигналы поступают на информацион — >o ный вход компаратора 8, стробируемого импульсом (фиг.4з) с первого выхода дешифратора 15. Длительность стробирующего импульса обеспечивает формирование сигналов на выходе компара- тора 8 (фиг.4и) только в моменты приема первого и второго эхо-сигналов. Помехозащищенность компаратора

8 обеспечивается выбором величины напряжения на его опорном входе ЗО (не показан), заведомо превьш ающей уровень шумов.

Последовательности прямоугольных импульсов, соответствующие первому и второму эхо-сигналам (фиг.4и), с выхода компаратора 8 поступают на $-вход первого КБ-триггера 9. По фронту первого импульса первой из импульсных последовательностей на

S-входе триггера 9 выход последне- 4р го устанавливается в состояние логической единицы (фиг.4л). Переход первого RS-триггера 9 в нулевое состояние производится по фронту сигнала (фиг.4к), поступающего íà R âõîä триггера 9 с второго выхода дешифратора 15. Временное положение этого сигнала (фиг.4к) определяется импуль— сами с второго выхода распределителя 4 импульсов (фиг.4д) и последовательностью импульсов (фиг.4в) частотой Р /n с выхода делителя 3 частоты, поступающих соответственно на второй и четвертый входы дешифратора

15. Аналогично на выходе первого

RS-триггера 9 формируется импульс (фиг,4л), соответствующий второй импульсной последовательности (фиг.4и) йа S-.âõîäå триггера 9. Длительности первого, и второго импульсов (фиг.4л) на выходе первого RS-триггера 9 определяют время интегрирования интегратора 11 и с учетом (1) соответствуют выражениям ъ, = 1,5 Т„.,-(2 "с т1, 2св+ ".р) где ҄— период сигнала (фиг. 4 в) на выходе делителя 3 частоты, т,<, — время прохождения ультразвукового колебания между первым и вторым отражателями (на базовом расстоянии L); — время прохождения ультразвукового колебания между электроакустическим преобразователем и первым отражателем (на расстоянии L ). с Ч вЂ” задержка при подаче между моментами запуска генератора 5 возбуждающих импульсов и излучением акустического импульса электроакустическим преобразователем 18, c„> — задержка при приеме между моментом прихода отраженного акустического сигнала, возбуждающего элект- роакустический преобразователь 18, и моментом срабатывания первого RSтриггера 9< — задержка в волноводе (не показан) электроакустического преобразователя 18.

Пара импульсов с первого RS-триггера 9 (фиг.4л) поступает на управляющий вход коммутатора 10. Информационный вход коммутатора 10 соединен с выходом второго RS-триггера 16, уровень сигнала на котором (фиг.4м) определяет направление интегрирования интегратора 11. Уровень сигнала

I на выходе второго RS-триггера 16 соответствует логической единице в течение времени между фронтом импульса с первого выхода (фиг.4г) распредели- теля 4 импульсов и фронтом первого импульса (фиг.4к) с второго выхода дешифратора 15 и логическому нулю в остальное время цикла, что, как следует из временных диаграмм, определяет формирование на входе интегратора 11 (выходе коммутатора) пары биполярных импульсов (фиг.4н) — импульса положительной полярности дли-, тельностью 7, и импульса отрицательной полярности длительностью 7

Величина приращения напряжения на выходе интегратора 11 (фиг.4о) с учетом того, что 2I„, п (6) с(ь1 g > -ll F (7)

Из выражения (5) частота вьгходного сигнала управляемого генератора 1 равна

30 и с

F с 2L (8)

35 и при определенных длине . измерительной базы и коэффициенте деления делителя 3 частоты определяется только скоростью распространения звука в исследуемой среде.

Частотный сигнал с выхода управляемого генератора 1 через линию 13 связи поступает на регистратор 14.

Использование изобретения обеспечивает уменьшение погрешности измерений "a счет исключения ошибок, вызванных задержками в элементах электрического и акустического тракта„ а также изменением длины акустической базы под воздействием внешних факторов. При этом сохраняется вы сокая чувствительность, быстроцействие и помехозащищенность устройства.

Формула и з о б р е т е и и я

1. Гидрологический измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные управляемый

3 1255 после окончания цикла заряд-разряд пропорциональна разности длительностей с, и,, определяемых выражениями (2) и (3). напряжение с выхода интегратора 11 через синхронный

5 фильтр 17, управляемый стробирующим сигналом с первого выхода дешифратора 15 (фиг.4з), поступает на управляющий вход управляемого генератора

1 (фи r. 4п) .

Приращение частоты выходного сигнала управляемого генератора 1 пропорционально входному напряжению на его управляющем вхоце, т.е. пропорционально разности длительностей 15

7, и ь, которая, как следует из выражений (2) и (3) равна л л ь2 2бс(61 с и не зависит от паразитных ."задержек ь„в, ь„ и с, определяющих погрешность 20 измерения скорости звука.

Функционирование замкнутой автоматической системы направлено на выполнение в установившемся режиме равенства 25 (5) 871 б генератор, формирователь импульсов, делитель частоты, распределитепь импульсов, генератор возбуждающих импульсов, ограничитель, усилитель, компаратор и первый RS-триггер, по- . следовательно соединенные коммутатор и интегратор, измерительную ячейку, связанную с выходом генератора возбуждающих импульсов, и подключенные к выходу управляемого генератора, последовательно соединенные линию связи и регистратор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен дешифратором, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым, вторым, и третьим выходами распределителя импульсов, четвертый вход — с выходом делителя частоты, первый вы-..îä — с управляющим входом компаратора, вторым RS-триггером, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, S-вход — с первым выходом распределителя импульсов, второй выход дешифратора соединен с R-входами первого и второго Ы-триггеров, выход первого RSтриггера соединен с управляющим входом коммутатора и синхронным фильтром, вход которого подключен к выходу интегратора, выход — к входу управляемого генератора, а управляющий Вход — к первому выходу дешифратора, измерительная ячейка выполнена из электроакустического преобразователя и первого и второго отражателей, установленньгх перпендикулярно направлению излучения ультразвуковых колебаний на расстояниях L, и L от электроакустическо;"о преобразователя, удовлетворяющих

L соотношениям L,) — „, L = L,+L где расстояние между первым и вторым отражателями.

2. Измеритель по п.1 о т л ич а ю шийся тем, что синхронный фильтр выполнен из последовательно соединенных ключа и повторителя напряжения и конденсатора, соединенного параллельно с входом повторителя напряжения, информационный вход клю-. ча служит входом синхронного фильтра, управляющий вход ключа служит управляющим входом синхронного фильтра, а выход повторителя напряжения служит выходом синхронного фильтра.

1255871

1 2558/1

5м4

Составитель Г. Максимочкин

Техред И.Верес Корректор А. Зимокосов

Редактор В. Иванова

Заказ 4813/41 Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., Д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4