Измеритель профиля скорости звука в жидкой среде Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 

5

10

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано при гидроакустических измерениях в океанологии и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 958868.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем введения датчиков глубины и скорости.

На чертеже изображена схема измерителя профиля скорости звука в жидкой среде.

Измеритель профиля скорости звука в жидкой среде содержит излучатель 1, приемник 2, отражатель 3, выполненный 5 в Биде элементов, установленных, на фиксированных расстояниях относительно друг друга, электрическую схему 4 возбуждения и регистрации акустических колебаний, подключенную к излуча-20 телю 1 и приемнику 2, последовательно соединенные датчик 5 глубины и первый дополнительный счетчик 6, последовательно соединенные датчик 7 скорости и второй дополнительный счетчик В, дополнительные счетчики соединены с входами электрической схемы 4 возбуждения и регистрации акустических колебаний.

Измеритель профиля скорости звука в жидкой среде работает следующим образом.

В момент постановки и выборки, из- .мерителя профиля скорости звука в

океане ряды значений скорости глуби- 35 где 1 ны используются для построения образцовых профилей скорости звука, по которым производится уточнение расстояний между элементами отражателя. В процессе измерения профиля после пос- 40 тановки измерителя точечные датчики 7 и 5 скорости и глубины выполняют свою непосредственную функцию - измерение параметров на нижней грани i)i-t расстояние от излучателя 1 и приемника 2 до i-ro (i-1) элемента отражателя 3. Профиль скорости звука определяется , например, по формуле

С() ,. I -...-f-a,,,

П-1

25

30

где к - расстояние от излучателя 1 и приемника 2 до отражателя 3; ,а - постоянные коэффициенты, которые находятся по измеренным значениям.

Время t распространения акустичес- кого импульса между любой парой элементов отражателя 3 определяется по формуле

t- t .- ---- ,

где эффективное расстояние между парой элементов отражателя 3;

С; - средняя скорость звука между парой элементов отражателя 3.

Расстояние Ej между парой элементов отражателя 3 может быть представлено как

.. .+ &2 +лН +.С

;

bf,

U,

с начальное расстояние между парой элементов; изменение расстояния под действием температуры; изменение расстояния под действием нагрузки; задержка электроакустического тракта.

При работе в реальных условиях

це исследуемого слоя океана. 45 открытого.океана с борта дрейфующего По результатам измерений определя- основой для конструкции изме- ется средняя скорость звука в i-м обрезок троса (кабельслое между любыми двумя отражателями по формуле

jfpi-p. ) г, - .-JL

f - f i-i 1-1

троса). При этом расстояния между элементами отражателя 3 определяются rQ предварительно (например, с помощью рулетки) при разметке троса (кабель- троса) и маркировки его на палубе судна. При постановке прибора трос (кабель-трос) растягивается под дейвремя распространения ульт- „ ствием нагрузки и частично раскручи- развукового импульса от из- вается. Остаточное удлинение троса лучателя 1 до i-ro (i-1) эле- может составлять 4% от начальной длины после его нагрузки. Величина & Е. зависит от материала, из которого

.где С; - средняя скорость звука в i-M слое;

t; t;M

мента отражателя 3 и обратно к приемнику 2;

i)i-t расстояние от излучателя 1 и приемника 2 до i-ro (i-1) элемента отражателя 3. Профиль скорости звука определяется , например, по формуле

С() ,. I -...-f-a,,,

П-1

где к - расстояние от излучателя 1 и приемника 2 до отражателя 3; ,а - постоянные коэффициенты, которые находятся по измеренным значениям.

Время t распространения акустичес- кого импульса между любой парой элементов отражателя 3 определяется по формуле

t- t .- ---- ,

где эффективное расстояние между парой элементов отражателя 3;

С; - средняя скорость звука между парой элементов отражателя 3.

Расстояние Ej между парой элементов отражателя 3 может быть представлено как

.. .+ &2 +лН +.С

;

начальное расстояние между парой элементов; изменение расстояния под действием температуры; изменение расстояния под действием нагрузки; задержка электроакустического тракта.

1

При работе в реальных условиях

изготовлен трос (кабель-трос), и разности окружающей температуры при маркировке троса и постановке измерител в воду..

Задержка электроакустического тра та является функцией мощности излучателя 1, чувствительности приемника 2, их полосы пропускания, а затем величины затухания акустического сигнала в исследуемой жидкости, которое в свою очередь зависит от характрис- тик этой жидкости, например, для морской воды - от температуры и солености.

Фактически точно учесть влияние всех факторов на , , и, следовательно, на изменение расстояния между парой элементов отражателя 3 в реальных условиях не представляется возможным. Использование значения (, для расчета величин С,- приводит к получению заниженных значений. Однак непосредственной работе измерителя всегда предшествует его опускание до заданной глубины, а по окончании работы - подъем устройства. В предлагаемом устройстве нашичие датчиков скорости звука и глубины в погружаемом устройстве позволяет получить два образцовых профиля скорости зву- ка в начале и в конце процесса измерения. В этом случае расстояние между парой отражателей определяется по формуле

) ОБр -л -i-l -

где С- средняя скорость звука меж1 ОБО

ду парой элементов отражателя, определяемая по образцовому профилю, например по формуле трапеций

Н

10Бр

1 Обр

J

5

0

5

5

0

Кроме того, в морских условиях при наличии качки судна привязка про- фапя скорости звука к расстояниям от передатчика 1 и приемника 2 до элементов отражателя 3 приводит к искажениям реального профиля. Наличие датчика глубины на границе исследуемого слоя позволяет привязать рассчитанный профиль скорости звука непосредственно к значениям глубины.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения профиля скорости звука при работе в открытом океане с борта дрейфующего судна за счет того, что в процессе постановки и выборки измерителя производится калибровка расстояний между элементами отражателя 3, что позволит учесть влияние растяжения троса под нагрузкой,температурные изменения расстояний и временной задержки электроакустического тракта на точность измерения профиля скорости звука, а в процессе работы - учесть влияние качки и дрейфа судна на рассчитанный профиль.

Формула изобретения

Измеритель профиля скорости звука в жидкой среде по авт. св. № 958868, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, он дополнительно снабжен последовательно соединенными датчиком глубины и первым дополнительным счетчиком и последовательно соединенными датчиком скорости и вторым дополнительным счетчиком, дополнительные счетчики соединены с входами электрической схемы возбуждения и регистрации акустических колебаний.

/

/7v //

//Л

.

V/ .

/

ч

1.

Редактор Э. Слиган

Составитель С. Волков Техред Л.Сердюкова

Заказ 1297/40 Тираж 500Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

- .,« ем -«ее. .i,,.™

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

.

ч

1.

Корректор А. Обручар

Изобретение относится к акустической технике и может быть использовано при гидроакустических измерениях в океанологии. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет введения двух дополнительных каналов измерений и учета с их помощью изменения базы измерений. Введение датчиков глубины и скорости звука с соответствующими счетчиками позволяет создать образцовые профили при постановке и выборке измерителя, получить опорные значения на нижней границе измерений в процессе работы и уточнить результаты измерений. 1 ил. е fS 00 о 00 00 4; ел гчз