Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах Советский патент 1991 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к устройствам для акустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение глубины зондирования за счет спектрального анализа частотно модулированных акустических сигналов, отраженных от неоднородностей зондируемой среды.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах.

Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах содержит последовательно соединенные генератор 1 радиоимпульсов и

акустический излучатель 2, подключенные к второму выходу генератора 1 радиоимпульсов последовательно соединенные формирователь 3 временной оси и вычислительный блок 4, установленные с одной стороны от акустического излучателя 2 на заданном расстоянии два акустических приемника 5 и 6, подключенные к выходам последних первый и второй усилители-ограничители 7 и 8, блок 9 определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников 5, 6, входы ;-.ото- рого подключены к выходам соответствующих усилителей-ограничителей 7, 8, частотный модулятор 10, выход которого подключен к управляющему входу генератора 1 радиоимпульсов, а блок 9 определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников 5, 6 выполнен

а

vj

ел о сю

vj

из последовательно соединенных смесителя 11 и спектроанализзтора 12, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока 4, а первый и второй входы смесителя 11 служат соответственно первым и вторым входами блока 9 определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников 5, 6.

Устройство работает следующим образом.

С помощью генератора 1 радиоимпульсов и частотного модулятора 10 возбуждают акустический излучатель 2 электрическим импульсным сигналом с внутренней частотной модуляцией несущих колебаний и запускают формирователь 3 временной оси опорных импульсов. Акустический импульс, распространяясь в сторону дна, рассеивается на различных неодиородностях жидкой среды. Рассеянный акустический сигнал принимается акустическими приемниками 5 и 6, которые вместе с усилителями-ограничителями 7 и 8, смесителем 11 и спектроа- нализатором 12 образуют корреляционную приемную акустическую систему. Характеристика направленности Ф(1) такой приемной системы описывается выражением

и

где cos UCn - запаздывание принятого сигнала на входе второго акустического приемника относительно сигнала, принятого первым акустическим приемником;

d - расстояние между акустическими приемниками;

LI - угол прихода лучей к приемникам:

Сп скорость звука в жидкости у приемника;

fo - частота несущих колебаний;

Дf - величина девиации частоты.

По мере распространения излученного акустического импульса в глубину увеличивается от 0 до 90 угол прихода U принимаемого рассеянного акустического сигнала. Вследствие этого изменяется спектр частот на выходе смесителя 11, который зависит от закона модуляции, излучаемого сигнала йот временной задержки сигнала на втором акустическом приемнике 6 относительно первого 5, Спектроаиалпзатор 12 регистрирует изменение угла наклона L0| основного максимума характеристи и направленности приемной системы. Усилители-ограничители 7 и 8 усиливают сигнал, принятый акусти- ческими приемниками, и устраняют амплитудную модуляцию.

Расчет профиля вертикального распределений скорости 3Eiys a осуществляется по известным значениям расстояния D между

излучателем и акустическими приемниками, угла прихода фронта отраженного сигнала LI, определяемого по спектральному составу смешанных сигналов, и измеренного со- ответственно этим углам, времени ti и скорости звука Ci на разных глубинах.

Предельная глубина измерения вертикального распределения скорости звука определяется по формуле

.

Zm - VLVCH2th , М 8яВ

где L- коэффициент, учитывающий рассеивающие свойства жидкой среды;

V- коэффициент, учитывающий направленные свойства излучающей и приемной систем;

С - скорость звука в жидкости;

F - акустическая мощность излучателя;

В - чувствительность по интенсивности акустической приемной системы;

гп - длительность импульса излучаемого сигнала.

Из формулы (2) видно, что увеличение

глубины может быть достигнуто увеличением тп -длительности импульса излучаемого сигнала. Но в прототипе дискретность определения угла наклона характеристики направленности приемной системы зависит от дискретности линии задержки, которая для обеспечения однозначности измерения временных интервалов должна быть больше длительности импульса излучаемого сигнапа. Таким образом увеличение глубины ведет к увеличению дискретности, а как следствие и к увеличению погрешности измерений.

В предлагаемом устройстве время запаздывания акустического сигнала на втором акустическом приемнике б относительно сигнала на первом акустическом приемнике 5 определяется по спектральному составу смешанных сигналов от

этих приемников, и погрешность измерения времени запаздывания зависит от разрешающей способности спектроанализатора 9 и глубины частотной модуляции, что повышает точность определения временной задержки. А так как при увеличении длительности излучаемого импульса можно одновременно увеличивать и глубину модуляции, то достигается и увеличение глубины зондирования без ухудшения точности измерения.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет повысить точность и увеличить глубину измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах при

сохранении высокой скорости его изменения.

Формула изобретения Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах, содержащее последовательно соединенные генератор радиоимпульсов и акустический излучатель, установленные с одной стороны от излучателя на заданном расстоянии два акустических приемника, подключенные к выходам последних первый и второй усилители-ограничители, блок определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников, входы которого подключены к выходам соответствующих усилителей-ограничителей, и подключенные к второму выходу генератора радиоимпульсов последовательно соединенные формирователь временной оси и вычислительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и

увеличения глубины зондирования, оно снабжено частотным модулятором, выход которого подключен к управляющему входу генератора радиоимпульсов, а блок определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников выполнен из последовательно соединенных смесителя и спектроанализатора, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый и второй входы.

смесителя служат соответственно первым и вторым входами блока определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников.

Изобретение относится к устройствам для акустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах. Целью изобретения является повышение точности и увеличение глубины зондирования, что достигается за счет спектрального анализа частотно-модулированных акустических сигналов, отраженных от неоднородностей зондируемой среды. Отраженные от неоднородностей среды сигналы принимают двумя приемниками, разнесенными на известное расстояние. Принятые сигналы смешивают и анализируют с помощью спектроаналиэатора. Определяется угол прихода фронта отраженного сигнала, по которому вычисляются скорость звука в жидкости и ее зависимость от глубины. 1 ил. л С

V