Способ определения скорости звука в жидких средах Советский патент 1990 года по МПК G01H5/00 

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

Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений с движущегося объекта0

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 доштеровского сдвига частоты, блок 10 автовзаимокорреляцион

ной обработки, первый блок 11 умножения и последовательно соединенные регистр 12 памяти, второй блок 13 умножения, делитель 14 и блок 15 индикации. Выходы блока 5 задержки подключены к входам первой 1 и второй 2 излучающе-приемных антенн и регистра 12 памяти, входы первого 3 и второго 4 приемников соединены соот- ветственно с выходами первой 1 и второй 2 антенн, выходы первого 3 и второго 4 приемников подключены соответственно к первым и вторым входам блока 9 измерения доплеровского сдвига частоты и блока 10 автовзаимокор- реляционной обработки, выходы синхронизатора 7 соединены с входами передатчика 6, схемы 8 сброса, с третьими входами блока 9 измерения доплеровского сдвига частоты и блока 10

сл

00

автовзаимокорреляционной обработки и с первым входом блока 5 задержки, выход передатчика 6 подключен к вторым входам блока 5 задержки и второ- го блока 13 умножения и к четвертому входу блока 9 измерения доплеров- ского сдвига частоты, первый и второй входы первого блока 11 умножения соединены соответственно с выхо- 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.

f 2fVcosg/c,

а где V - скорость объекта (судна);

О - угол между направлением

излучения звука и плоскостью излучающе-приемных антенн;

с - скорость звука в среде.

При этом для уменьшения влияния изменения угла 0 используют две при- емно-излучающие антенны с базой S. При ориентации этих антенн по диаметральной плоскости судна курсовую скорость судна (V) определяют по формуле

VK cb/4fcos9 .

Кроме того, курсовая скорость определяется по формуле VK S/4t, где Ј - время, при котором значение коэффициента автокорреляции равно значению коэффициента взаимной корреляции о

Курсовые скорости одного и того же объекта, измеренные доплеровским и автовзаимокорреляционным методами, равны5 что делает правомерным зависимость

cfg/4fcos 0 - S/4Ј, из которой следует, что

с SfcosS/fgC

Способ определения скорости звука осуществляют следующим образом.

При подаче питания по команде синхронизатора 7 в передатчике 6 формируется излучаемый импульс, который через блок 5 задержки, при прмо- щи которого формируется угол 9 между направлением излучения и плоскостью 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 поверхностно 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 обработки 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 допле- ровский сдвиг частоты fa. Во время этого цикла работы синхронизатор 7 отключает блок 10. При следующем цикле измерений по команде синхронизатора 7 отключается от обработки эхо- сигналов блок 9, При этом передатчик б формирует излучаемый импульс, поступающий на антенны 1 и 2 без сдвига по фазе (за счет отключения блока 5 задержки .по команде синхронизатора 7)0

8этом случае угол излучения & 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 % - при котором значение коэффициента автокорреляции равно значению коэффициента взаимной корреляции Сигналы с выходов блоков

9и 10 поступают на первый блок 11 умножения, с выхода которого сигнал вида 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

51

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

Формула изобретения

Способ определения скорости звука в жидких средах, включающий излучение звука и прием эхо-сигналов после отражения в исследуемой среде при по мощи не менее чем двух излучающе-при емных антенн, измерение параметров принятых эхо-сигналов и определение с их учетом скорости звука, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем

10

801816

обеспечения возможности проведения измерений с движущегося объекта, излучение и прием звука осуществляют в процессе взаимного перемещения то- 5 чек излучения и отражения звука, измеряют доплеровский сдвиг fifn частоты эхо-сигналов, регистрируют зависимость от времени коэффициентов авто- и 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 формуле

с Sfcos 6/uf,T,

Q

где S - расстояние между излучающе- приемными антеннами;

f - частота излучаемого звука;

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

15

20

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.