Акустический зонд для измерения скорости звука в море

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения вертикального распределения скорости звука при океанологических исследованиях . Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет исключения влияния гидроакустического излучателя при измерении. Временной селектор открывается на фиксированные интервалы времени. В эти интервалы замеров гидроакустический излучатель отключен, так что мощное излучение его не достигает пьезо:пемента импульсно-циклического датчика и не вносит искажений в результат измерения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Н 5/00 ьй 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4%$q, 1Яцд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4802184/28 (22) 11.01.90 (46) 23,1.0,92, Бюл. N 39 (71)Южное отделение Института океанологии им. П.П,Ширшова (72) Е.Д,Попов и M.B.Матвеев (56) Серавин Г.H. Измерение скорости звука в океане. — Л,: Гидрометеоиздат, 1979, с.

90-93.

Патент США No 3611276, кл. 340 — 3, 1972. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА B МОРЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

Изобретение предназначено для определения вертикального распределения скорости звука при океанологических исследованиях, главным образом в качестве зонда одноразового применения.

Известен акустический зонд для измерения скорости звука, содержащий импульсно-циклический датчик скорости звука, усилитель мощности, акустический излучатель и блок питания. Электрические колебания на выходе датчика скорости звука усиливаются и передаются с помощью излучателя по гидроакустическому каналу на судно обеспечения. Частота акустических сигналов пропорциональна измеряемой скорости звука в воде.

Известен аналогичный акустический зонд по патенту США М 3611276, Принципиальный недостаток этих зондов заключается в том. что сигналы гидроакустического излучателя поступают на акустические преобразователи импульсноциклического датчика скорости звука. СоБЫ, 1770770 Al определения вертикального распределения скорости звука при океанологических исследованиях. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости эа счет исключения влияния гидроакустического излучателя при измерении. В ременной селектор откры вается на фиксированные интервалы времени, В эти интервалы замеров гидроакустический излучатель отключен, так что мощное излучение его не достигает пьезоэлемента импульсно-циклического датчика и не вносит искажений в результат измерения. 2 э.п, ф-лы, 2 ил. здаваемые, таким образом, помехи приводят к сбоям датчика и погрешностям измерений.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости акустическ ого зонда для измерения скорости звука.

Благодаря значительно более высокой помехоустойчивости предлагаемого зонда становится возможным его массовое применение в научных и прикладных целях.

Новые положительные свойства зонда повышают достоверность и точность гидрофизических данных, используемых в океанологических исследованиях, а также, например, B рыбном промысле для определения и уточнения перспективной глубины траления. Применение данного зонда будет способствовать большей эффектив ости научных морских исследований, также как и росту производительности труда при добыче рыбы.

Указанная цель достигается тем, что акустический зонд, содержащий импульсно(Л

С: ! ! д

Ч

О

Н о ,>

1770770 циклический датчик скорости звука и последовательно соединенные усилитель мощности и гидроакустический излучатель, снабжен модулятором и блоком преобразования сигнала в двоичный код, подключенным первым входом к выходу импульсно-циклического датчика скорости звука, вторым входом — к первому выходу задающего генератора и к управляющему входу модулятора, третьим, четвертым и пятым входами — соответственно, ко второму, третьему и четвертому выходам задающего генератора, а первым и вторь1м выходами— соответственно к маркерному и информационному входам модулятора, выход которого соединен с входом усилителя мощности. 3адающий генератор выполнен из последовательно соединенных кварцевого генератора фиксированной частоты, первого и второго делителей частоты и элемента задержки, выход которого является третьим выходом задающего генератора, первым. вторым и четвертым выходами которого являются соответственно выходы кварцевого генератора фиксированной частоты, второго и первого делителей частоты. Блок преобразований сигнала в двоичный код выполнен из последовательно соединенных вычитающего устройства, временного селектора, двоичного счетчика и сдвигового регистра, последовательно соединенных формирователя интервала отсчетов, формирователя маркерного сигнала и формирователя:сигнала параллельной записи, маркерный и тактовый выходы которого являются соответственно первым выходом и пятым входом блока, первый и второй входы вычитающего устройства являются соответственно первым и вторым входами блока, формирователь интервала отсчетов, вход которого является третьим входом блока, подключен выходом к второму входу временного селектора, вход сброса двоичного счетчика является четвертым входом блока, первый и второй выходы формирователя сигнала параллельной записи соединены соответственно с входами параллельной записи и входом сдвига кода двоичного регистра, выход которого является вторым выходом блока.

Как известно, передача информации по гидроакустическому каналу в двоичном коде значительно меньше подвержена вредному влиянию аномалий распространения звука в море, а допплеровский сдвиг, несущий частоты из-за относительного перемещения погружающегося зонда и движущегося судна не влияют непосредственно на значение кода, Принципиальное преимущество прилагаемой схемы акусти10

20 ческого зонда заключается в том, что в момент выполнения замера скорости звука гидроакустический излучатель не действует и не создает акустических помех импульсноциклическому датчику, Кроме того, в режим работы измерителя скорости звука не вносится помех из-за отбора большой мощности от источника питания в момент передачи информации от излучателя, так как данные передаются сразу после окончания цикла измерения и не создают нежелательных помех

По имеющимся сведениям, новые существенные признаки не использовались ранее для повышения помехоустойчивости зонда путем чередования интервалов измерений и интервалов передачи данных.

На фиг,1 схематически изображен акустический зонд для измерения скорссти звука; на фиг.2 — приведена его блок-схема.

Изобретение осуществляется следующим образом, Акустический зонд (фиг. I) со- . держит корпус 1 и основание корпуса 2. На основании корпуса укреплен пьезокерамический цилиндр 3, служащий активным элементом импульсно-циклического датчика скорости звука. Пьзокерамический цилиндр защищен кожухом-утяжелителем 4, Внутренняя полость утях<елителя снизу имеет коническое расширение, а сверху 4 отверстия для свободного протока воды, омывающей цилиндрический пьезоэлемент скоростемера. В средней части основания 2 расположен пьезокерамический цилиндр

35 гидроакустического излучателя 5, В нижней части корпуса 1 размещены платы электронной части, соединенные проводами с обкладками пьезоэлементов. Выше в .<орпусе зонда расположен блок батарей питания.

Герметизация корпуса сверху производится коническим хвостовиком со стабилизатором 6.

Электронная часть акустического зонда (фиг.2) содержит импульсно-циклический датчик скорости звука 7, задающий генератор 8, модулятор 9, выполненный на логическом элементе И-НЕ, усилитель мощности

10 и блок преобразования частоты выходного сигнала датчика скорости звука в двоичный код 11, Датчик скорости звука 7 содержит пьезоэлемент 3 и соединенный с его противолежащими обкладками генератор имйульсов 12. В блок преобразования

11 входят вычитающее устройство l3, временной селектор 14, выполненный в виде логического элемента И-НЕ, двоичный счетчик 15, сдвиговый регистр 16, а также формирователь интервала отсчетов 17, формирователь маркерного сигнала 18 и формирователь сигнала параллельной эапи1770770

10

25

35

50 си и импульсов сдвига кода 19. Задающий генератор 8 содержит кварцевый генератор фиксированной частоты 20, первый и второй делители частоты 21 и 22 соответственно и схему задержки импульсов 23, соединенную и выходом блока делителей.

Тактовый вход формирователя сигнала параллельной записи и импульсов сдвига 19 соединен с выходом первого делителя 21.

Вход формирователя интервала отсчетов соединен с выходом делителя, 22, а вход сброса счетчика 15 соединен с выходом схемы задержки 23. Сигнальный вход временного селектора 14 соединен с выходом вычитающего устройства 13, а управляющий вход — с выходом формирователя 17.

Акустический зонд работает следующим образом, Генератор импульсов 12 и кварцевый генератор 20 функционируют непрерывно в процессе погружения зонда на глубину. Сигналы с датчика 7 с частотой тизл,, пропорциональной скорости звука в воде на момент замеров, поступают на первый вход вычитающего устройства 13. С кварцевого генератора 20 частота 1о поступает нэ второй вход вычитающего устройства. На выходе этого устройства непрерывно вырабатывается разностная частота A f =

= изб — fo, Периодически по сигналу с делителя частоты 22 на формирователе интервала отсчетов 17 вырабатывается импульс эталонной длительности. служащий для открывания временного селектор- 14. В ременной селектор открывается на фиксированные интервалы времени и пропускает сигналы разностной частоты на двоичный счетчик 15. Длительность интервала отсчетов, коэффициент пересчета и количество разрядов двоичного счетчика выбираются такими. чтобы обеспечить задаваемый диапазон измерений скорости звука и необходимую точность данных, В эти интервалы замеров гидроакустический излучатель 5 отключен, следовательно. его мощное излучение не достигает пьезоэлемента импульсно-циклического датчика и не вносит искажений в процессе отсчетов и измерений. По заднему фронту сигнала формирователя 17 временной селектор 14 закрывается и отсчеты счетчика 15 прекращаются, Одновременно по заднему фронту этого сигнала производится запуск формирователя маркерного сигнала 18, Маркерный сигнал установленной длительности поступает на маркерный вход модулятора 9

Задним фронтом маркерного сигнала запускается также формирователи сигнала параллельной записи и импульсов сдвига кода

19, на второй вход которого подаются тактовые импульсы с выхода первого делителя

21. После окончания записи кода из счетчика в регистр происходит сброс состояния счетчика по сигналу с выхода схему задержки 23. Таким образом, маркерный сигнал и двоичный код измеренного значения скорости звука, заполненные на модуляторе несущей частотой fp от кварцевого генератора, поступают на усилитель мощности 10. Через этот усилитель, нагруженный на излучатель

5, информация передается по гидроакустическому каналу, В этот отрезок времени сигналы излучателя 5, передаваемые на поверхность, достигают также и пьезоэлемента 3 датчика скорости звука 7. Однако теперь временной селектор 14 закрыт и преобразованные сигналы датчика, подверженные помехам; не поступают на счетчик 15. К моменту же открытия временного селектора

14 передача информации через излучатель уже заканчивается. В результате изложенных конструктивных мер помехи измерениям со стороны гидроакус ического излучателя исключаются. На судне обеспечения в результате машинной обработки по соответствующему алгоритму код преобразуется в скорость звука и результаты представляются в виде графика распределения скорости звука по глубине, а также в виде цифровых таблиц, получаемых в результате распечатки данных.

Фоомчла изобретения

1. Акустический зонд для измерения скорости звука в море. содержащий импульсноциклический датчик скорости звука и посл едовател ьно соеди не ни ые ус илител ь мощности и гидроакустическии излучатель, отличающийся тем.что,с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен модулятором и блоком преобразования сигнала в двоичный код, подключенным первым входом к выходу импульсно-циклического датчика скорости звука, вторым входом — к первому выходу задающего генератора и к.управляющему входу модулятора, третьим. четвертым и пятым входами — соответственно к второл1у, третьему и четвертому выходам задающего генератора, а первым и вторым выходал1и — соответственно к маркерному и информац 1онному входам модулятора, выход которо о соединен с входом усилителя мощносги.

2. Зонд поп,1. отл и ч а ю щи йс я тем, что задающий генератор выполнен из последовательно соединенных кварцевого генератора фиксированной юстоты, первого и второго делителей частоты и элемента задержки, выход которого является третьим выходом задающего генератора, первыл1, вторым и четвертым выходами которого являются соответственно выходы кварцевого

1770770 генератора фиксированной частоты, второго и первого делителей частоты.

3. Зондпоп.1, отлича ющий ся тем, что блок преобразования сигнала в двоичный код выполнен из последовательно соединенных вычитающего устройства, временного селектора. двоичного счетчика и сдвигового регистра, последовательно соединенных формирователя интервала отсчетов, формирователя маркерного сигнала и формирователя сигнала параллельной записи, маркерный и тактовый входы которого являются соответственно первым выходом и пятым входом блока. первый и второй входы вычитающего устройства являются соответственно первым и вторым входами блока, формирователь интервала отсчетов, 5 вход которого является третьим входом блока, подключен выходом к второму входу временного селектора. вход сброса двоичного счетчика является четвертым входом блока, первый и второй выходы формирователя

10 сигнала параллельной записи соединены соответственно с входами параллельной записи и входом сдвига кода сдвигового регистра. выход которого является вторым выходом блока.

1770770

Составитель Е.Попов

Редактор О.Стенина Техред М.Моргентал Корректор Н.Бучок

Заказ 3733 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

I

J

11) l

1 l