Акустический зонд для измерения скорости звука в море Советский патент 1992 года по МПК G01H5/00 

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 импуль- сно-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 № 3611276

Принципиальный недостаток этих зондов заключается в том что сигналы гидроакустического излучателя поступают на акустические преобразователи импульсно- циклического датчика скорости звука Создаваемые, таким образом, помехи приводят к сбоям датчика и погрешностям измерений.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости акустического 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, в рыбном промысле для определения и уточнения перспективной глубины траления. Применение данного зонда будет способствовать большей эффективности научных морских исследований, также как и росту производительности труда при добыче рыбы

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

С

|

XI

о XI

XI

iO

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 вторым выходами - соответственно к маркерному и информационному входам модулятора, выход которого соединен с входом усилителя мощности. Задающий 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 акустического зонда заключается в том, что в момент выполнения замера скорости звука гидроакустический излучатель не действует и не создает акустических помех импул ьсноциклическому 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

0 излучателя, так как данные передаются сразу после окончания цикла измерения и не создают нежелательных помех.

По имеющимся сведениям, новые существенные признаки не использовались ра5 нее для повышения помехоустойчивости зонда путем чередования интервалов измерений и интервалов передачи данных.

На фиг.1 схематически изображен акустический зонд для измерения скорости зву0 ка; на фиг.2 - приведена его блок-схема.

Изобретение осуществляется следующим образом. Акустический зонд (фиг.1) содержит корпус 1 и основание корпуса 2. На основании корпуса укреплен пьезокерами5 ческий цилиндр 3, служащий активным элементом импульсно-циклического датчика скорости звука. Пьзокерамический цилиндр защищен кожухом-утяжелителем 4. Внутренняя полость утяжелителя снизу имеет

0 коническое расширение, а сверху 4 отверстия для свободного протока воды, омываю- щей цилиндрический пьезоэпемент скоростемера. В средней части основания 2 расположен пьезокерамический цилиндр

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

0 Герметизация корпуса сверху производится коническим хвостовиком со стабилизатором 6.

Электронная часть акустического зонда (фиг.2) содержит импульсно-циклический

5 датчик скорости звука 7, задающий генератор 8, модулятор 9, выполненный на логическом элементе И-НЕ, усилитель мощности

10и блок преобразования частоты выходного сигнала датчика скорости звука в двоич0 ный код 11, Датчик скорости звука 7 содержит пьезоэлемент 3 и соединенный с его противолежащими обкладками генератор импульсов 12. В блок преобразования

11входят вычитающее устройство 13, вре- 5 мениой 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 эаписи 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, сое- диненную 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 управляю- щий вход - с выходом формирователя 17.

Акустический зонд работает следующим образом. Генератор импульсов 12 и кварцевый генератор 20функционируют непрерывно в процессе погружения зонда на глубину. Сигналы с датчика 7 с частотой Тизм. пропорциональной скорости звука в воде на момент замеров, поступают на первый вход вычитающего устройства 13. С кварцевого генератора 20 частота f0 поступает на вто- рой вход вычитающего устройства. На выходе этого устройства непрерывно вырабатывается разностная частота Д f fn3M fo. Периодически по сигналу с делителя частоты 22 на формирователе интерва- ла отсчетов 17 вырабатывается импульс эталонной длительности, служащий для открывания временного селектора 14. Временной селектор открывается на фиксированные интервалы времени и про- пускает 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 им- пульсно-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 прекра- щаются. 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 задержки 23. Таким образом, маркерный сигнал и двоичный код измеренного значения скорости звука, заполненные на модуляторе несущей частотой f0 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 гидроакустического 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

Ф о о м v л а изобретения 1. Акустический зонд для измерения скорости звука в море, содержащий импульсно- циклический датчик скорости звука и последовательно соединенные усилитель мощности и гидроакустический излучатель, отличающийся тем. что, с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен модулятором и блоком преобразования сигнала в двоичный код. подключенным первым входом к выходу импульсно-цикли- ческого датчика скорости звука вторым входом - к первому выходу задающего генератора и к-управляющему входу модулятора, третьим, четвертым и пятым входами - соответственно к второму третьему и четвертому выходам задающею генератора, а первым и вторым выходами - соответственно к маркерному и информационному входам модулятора, выход которого соединен с входом усилителя мощности

2. Зонд по п. 1. о т л и ч а ю щ и и с я тем. что задающий 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

3. Зонд по п.1,отличающийся 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

0

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 сдвигового регистра, выход которого является вторым выходом блока.

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.

Фиг.1

дг