Способ определения скорости звука в жидких средах

 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения скорости звука, в частности, в воде при гидрологических исследованиях Мирового океана. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений с движущегося объекта. В исследуемую среду излучают акустические сигналы при помощи двух антенн. Принимают эхо-сигналы в процессе взаимного перемещения точек излучения-приема и отражения. Измеряют доплеровкий сдвиг частоты и момент времени, при котором значение коэффициентов авто-и взаимной корреляции равны между собой, и находят скорость звука по определенной формуле. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 Н 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ной обработки, первый блок 11 умноже- ф ния и последовательно соединенные регистр 12 памяти, второй блок 13 умножения, делитель 14 и блок 15

М® индикации. Выходы блока 5 задержки подключены к входам первой 1 и второй 2 излучающе-приемных антенн и ре- гистра 12 памяти, входы первого 3 и второго 4 приемников соединены соот ветственно. с выходами первой 1 и второй 2 антенн, выходы первого 3 и втоМш рого 4 приемников подключены соответственно к первым и вторым входам блока 9 измерения доплеровского сдви- В га частоты и блока 10 автовзаимокорреляционной обработки, выходы синхронизатора 7 соедичены с входами передатчика 6, схемы 8 сброса, с третьими входами блока 9 измерения доплеровского сдвига частоты и блока 10

f (21) 4465088/25-28 (22) 27.06.88 (46) 23.07.90. Бюл. № 27 (71) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им. адм.Г.И.HeBBJIEICKOI о (72) Б.Г. Абрамович (53) 534.22(088.8) (56) Простаков A.Ë. Электронный ключ к океану. — Л.: Судостроение, 1986, с. 17. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

ЗВУКА В ЖИДКИХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения скорости

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано, в частности, для определения скорости звука в воде при исследованиях Мирового океана.

Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений с движущегося объекта.

На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления способа.

Устройство для определения скорости звука в жидких средах содержит первую 1 и вторую 2 излучающе-приемные антенны, первый 3 и второй 4 приемники, блок 5 задержки, передатчик 6, .синхронизатор 7, схему 8 сброса, блок

9 измерения доплеровского сдвига частоты, блок 10 автовзаимокорреляцион„„SU, 1580181 А1

2 звука, в частности, в воде при гидрологических исследованиях Мирового океана. Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений с движущегося объекта. В исследуемую среду излучают акустические сигналы при помощи двух антенн. Принимают эхо-сигналы в процессе взаимного перемещения точек излучеппя-приема и отражения. Измеряют доплеровский сдвиг частоты и момент времени, при котором значения коэффициентов автои взаимной корреляции равны между собой, и находят скорость звука по определенной формуле, 1 ил.

1580181 автовзаимокорреляционной обработки и с первым входом блока 5 задержки, выход передатчика 6 подключен к вторым входам блока 5 задержки и второ5 го блока 13 умножения и к четвертому входу блока 9 измерения доплеровского сдвига частоты, первый и второй входы первого блока 11 умножения соединены соответственно с выхо- 10 дами блока 9 измерения доплеровского сдвига частоты и блока 10 автовзаимокорреляционной обработки, а второй . и третий входы делителя 14 соединены соответственно с выходами схемы 8 сброса и первого блока 11 умножения.

Способ определения скорости звука основан на следующем.

При перемещении источника и приемника звука относительно отражающей поверхности возникает эффект Доплера. На выходе приемной антенны имеет место эхо-сигнал с частотой, отличающейся от излучаемой частоты (f) на величину доплеровского сдвига. 25

2КЧсоз 9/с, f

3 где V —.

8скорость объекта (судна); угол между направлением излучения звука и плоскостью излучающе-приемных антенн; скорость звука в среде.

ЗО

Ч K = cf /4fcos В .

Кроме тдго, курсовая скорость определяется по формуле Чх = S/4ñ, где Й вЂ” время, при котором значение коэффициента автокорреляции равно 45 значению коэффициента взаимной корреJIBöèè о

Курсовые скорости одного и того же объекта, измеренные доплеровским и автовзаимокорреляционным методами, 50 равны, что делает правомерным. зависимость

cf /4fcos g = S/4, 1 из которой следует, что

Способ определения скорости звука осуществляют следующим образом. При. этом для уменьшения влияния изменения угла 9 используют две приемно-излучающие антенны с базой S. 35

При ориентации этих антенн по диаметральной плоскости судна курсовую скорость судна (Ч„) определяют по формуле

При подаче питания по команде синхронизатора 7 в передатчике 6 формируется излучаемый импульс, которык через блок 5 задержки, при прмощи которого формируется угол 0 между направлением излучения и плос-. костью антенн, подается на антенны

1 и 2 (представляющие собой линейные решетки, состоящие из отдельных преобразователей,.питание к которым подается от блока 5 с небольшим сдвигом по фазе). Антенны 1 и 2 излучают звук в сторону отражающей поверхности. Отраженный от грунта сигнал принимают на антенны 1 и 2, с выходов которых сигнал поступает на входы приемников 3 и 4, где эхо-сигналы приводятся к виду, приемлемому для об работки в блоке 9 (происходит разделение сигналов, усиление, преобразование по частоте и т д ) В блоке 9 путем сравнения излучаемой частоты f и принимаемой частоты измеряют доплеровский сдвиг частоты f . Bo время этого цикла работы сикх онизатор 7 отключает блок 10. При следующем цикле измерений по команде синхронизатора 7 отключается от обработки эхосигналов блок 9. При этом передатчик

6 формирует излучаемый импульс, поступающий на антенны 1 и 2 без сдвига по фазе (за счет отключения блока 5 задержки по команде синхронизатора 7). о

В этом случае угол излучения 8 = 90 и эхо-сигналы с выходов антенн 1 и 2 через приемники 3 и 4 поступают на входы блока 10. В блоке 10 регистрируют значения коэффициентов автои взаимной корреляции, сравнивают их и определяют время о, вЂ, при котором значение коэффициента автокорреляции равно значению коэффициента взаимной корреляции. Сигналы с выходов блоков

9 и 10 поступают на первый блок 11 умножения, с выхода которого сигнал вида f Ф- поступает на делитель 14.

Одновременно на делитель 14 поступает сигнал вида Sfcos 9, который формируется во втором блоке 13 умножения, на входы которого подаются масштабный коэффициент, пропорциональный S, частота излучаемого сигнала f с выхода передатчика 6 и cos с выхода регистра 12 памяти, вход которого .подключен к выходу блока 5 задержки. С выхода делителя 14 информация о скорости звука в среде поступает на блок 15 индикации.

158

Формула изобретения

Составитель Д. Широчин

Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык Корректор Т Малец

Заказ 2004 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101

При следующем цикле по команде синхронизатора 7 через схему 8 сброса осуществляется сброс информации на выходе делителя 14, блоке 15 индика" ции и установка блоков 9 и 10 в исходное состояние для последующих измерений. Затем цикл измерений, в соответствии с режимом работы синхронизатора 7, повторяется.

Способ определения скорости звука в жидких средах, включающий излучение звука и прием эхо-сигналов после отражения в исследуемой среде при помощи не менее чем двух излучающе-приемных антенн, измерение параметров принятых эхо-сигналов и определение с их учетом скорости звука, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения путем

0181 6 обеспечения воэможности проведения измерений с движущегося объекта, излучение и прием звука осуществляют в процессе взаимного перемещения то5 чек излучения и отражения звука, измеряют доплеровский сдвиг Qf частоты эхо-сигналов, регистрируют зависимость от времени коэффициентов автои взаимной корреляции эхо-сигналов и определяют момент времени Т, при котором значения этих коэффициентов равны между собой, а скорость звука в исследуемой среде определяют по

15 формуле

c = Sfcos g/И Т; . где S — расстояние между излучающеприемными антеннами;

20 f — частота излучаемого звука;

6 — угол между направлением излучения звука и плоскостью излучающе-приемных антенн.