Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах Советский патент 1980 года по МПК G01H5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКИХ СРЕДАХ

1

Изобретение относится к акустической измерительной технике, к устройствам для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах.

Известно устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах, содержащее погружаемый глубоководный контейнер с циклическим измерителем скорости и передатчиком результатов измерения скорости звука по гидроакустическому каналу связи 1.

Однако в этом устройстве дорогостоящий глубоководный контейнер теряется безвозвратно после измерения одного профиля скорости звука.

Известно устройство, содержащее излучатель акустической энергии и приемные преЬбразователи 2.

Отражатель отсутствует. Его функции выполняют неоднородности воды, находящиеся на пути распространения узкого направленного вертикально вниз луча акустической энергии. Сигналом для приемных преобразователей служит объемная реверберация.

Недостаток устройства состоит в том, что в ряде случаев, например при отсутствии в жидкости значительных неоднородностей.

принимаемый сигнал мал и устройство не срабатывает, что снижает надежность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах, содержащее излучатель акустической энергии, приемный преобразователь, отражатель, усилительформирователь импульсов, включенный между входом излучателя и выходом приемного

10 преобразователя, блок вычисления и регистрации скорости звука, подключенный к выходу приемного преобразователя, и источник питания 3.

Недостаток устройства состоит в том, что для поиска контейнера требуется значительное

15 время, а это уменьшает производительность устройства при исследовании больших объемов среды и снижает надежность измерения.

Цель изобретения - повышение производительности и надежности измерений.

Это достигается тем, что в предлагаемой

20 конструкции излучатель акустической энергии и приемный преобразователь предназначены для жесткой установки в донной части плавучего носителя, а отражатель установлен с возможностью вертикального перемещения и связан с измерительным преобразователем посредством гидроакустического канала жидкой среды. Для обеспечения вычисления и регистрации скорости звука при произвольном законе погружения отражателя блок вычисления и регистрации скорости звука содержит частотомер, вход которого подключен к выходу приемного преобразователя, а выход - к информационному входу запоминающего устройства, коммутатор, вход которого также подключен к выходу приемного преобразователя, а один из его выходов подключен к управляющему входу запоминающего устройства, субблок вычисления скорости погружения отражателя, управляющий вход которого подключен к второму выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к двум выходам и двум входам запоминающего устройства, субблок вычисления скорости звука в жидкости, управляющий вход которого подключен к третьему выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к другим двум выходам и двум входам запоминающего устройства, и субблок регистрации вертикального перемещения отражателя и скорости распространения звука в жидкости, два входа которого соединены с соответствующими выходами субблока вычисления скорости звука в жидкости.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах; на фиг. 2 - блок-схема измерителя скорости звука; на фиг. 3 .- функциональная схема блока вычисления и регистрации скорости звука.

Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах содержит излучатель 1 акустической энергии, приемный преобразователь 2, отражатель 3, усилитель-формирователь 4 импульсов, включенный между входом излучателя и выходом приемного преобразователя, блок 5 вычисления и регистрации скорости звука, подключенный к выходу приемного преобразователя и источник 6 питания, излучатель акустической энергии и приемный преобразователь предназначены для жесткой установки в донной части плавучего носителя, а отражатель установлен с возможностью вертикального перемещения и связан с измерительным преобразователем посредством гидроакустического канала жидкой среды, блок вычисления и регистрации скорости звука содержит частотомер 7, вход которого подключен к выходу приемного преобразователя, а выход - к информационному входу запоминающего устройства 8, коммутатор 9, вход которого также подключен к выходу приемного преобразователя, а один из его выходов подключен к управляющему входу запоминающего устройства.

субблок 10 вычисления скорости погружения отражателя, управляющий вход которого подключен к второму выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к двум выходам и двум входам запоминающего устройства, субблок 11 вычисления скорости звука в жидкости, управляющий вход которого подключен к третьему выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к

0 другим двум выходам и двум входамзапоминающего устройства, и субблок 12 регистрации вертикального перемещения отражателя и скорости распространения звука в жидкости, два входа которого соединены с соответствующими выходами субблока вычисления скорости звука в жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Отражатель 3 закрепляют с помощью троса на заданной глубине (например, 5 м) и включают источник 6 питания. По акустическому кольцу, состоящему из блоков 1, 3, 2, 4, начинает циркулировать импульс с периодом, обусловленным геометрическими размерами излучатель 1-отражатель 3-приемный преобразователь 2 и средней скоS ростью звука на расстоянии излучатель 1 - отражатель 3. Период следования импульсов измеряют.

Далее освобождают отражатель 3, который под действием силы тяжести погружается в исследуемую среду. За время погружения отражателя 3 между первым после начала погружения и предыдущим импульсами скорость звука изменяется незначительно.

.5 Путь импульса определяют по акустическому кольцу или, что то же, по глубине погружения отражателя 3 в момент второго зондирования. Затем определяют разность времен второго и первого зондирований, скорость погружения отражателя 3 в точке о второго зондирования, и полагая, что за время между вторым и третьим зондированиями скорость погружения отражателя 3 постоянна, определяют приращение глубины погружения отражателя за время между j вторым и третьим зондированиями и глубину погружения отражателя 3 при третьем зондировании.

Таким образом определяют в точках четных зондирований скорость погружения отражателя 3, а в точках нечетных зондировао НИИ - скорость звука в среде.

Данная последовательность операций реализуется в устройстве следующим образом. Каждый очередной импульс отклика приемного преобразователя 2 заставляет J сработать коммутатор 9 и выдать данные о периоде следования импульсов с частотомера 7 в запоминающее устройство 8. Коммутатор 9 управляет работой запоминающего устройства 8 и подключает на четных

импульсах субблок 10 вычисления скорости погружения отражателя, а на нечетных - субблок 11 вычисления скорости звука.

При поступлении первого импульса в субблок 11 вычисления скорости звука с запоминающего устройства подаются данные о времени и глубине погружения и вычисляется соответствующая скорость звука в жидкости. Вычисленное значение скорости звука в жидкости передается в запоминающее устройство 8. На четных импульсах коммутатор 9 подключает субблок 10 вычисления скорости погружения. В него из запоминающего устройства 8 поступают данные о времени и скорости звука и вычисляется глубина погружения отражателя. Полученные данные о глубине и скорости не рассылаются в запоминающее устройство 8. На нечетных импульсах коммутатор 9 подключает субблок 11 вычисления скорости звука в жидкости. В него из запоминающего устройства 8 поступают предыдущие данные о глубине, скорости и глубине погружения и вычисляются соответствующая глубина погружения отражателя и величина скорости звука в жидкости. Вычисленные данные о скорости звука в жидкости и глубине, погружения отражателя подаются на субблок 12, где фиксируется вертикальный профиль скорости звука, и в запоминающее устройство 8.

Описанное устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах по сравнению с ранее известными увеличивает производительность труда при исследовании больщих объемов жидкости, так как можно использовать больщое количество недорогих отражателей при многократных измерениях.

Это дает возможность отказаться от поиска возвращаемого контейнера, что увеличивает объем исследуемой в единицу времени жидкости. Устройство относительно просто и дещево, так как в нем отсутствует дорогостоящий глубоководный контейнер.

Формула изобретения

. Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах, содержащее излучатель акустической энергии, приемный преобразователь, отражатель, усилитель-формирователь импульсов, включенный между входом излучателя и выходом приемного преобразователя, блок вычисления и регистрации скорости звука, подключенный к выходу приемного преобразователя, и источник питания, J отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и надежности измерения, излучатель акустической энергии и приемный преобразователь предназначены для жесткой установки в донной части плавучего носителя, а отражатель установлен с

о возможностью вертикального перемещения и связан с измерительным преобразователем посредством гидроакустического канала жидкой среды.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения вычисления и регистрации скорости звука при произвольном законе погружения отражателя, блок, вычисления и регистрации скорости звука содержит частотомер, вход которого подключен к выходу приемного преобразователя,

Q а выход - к информационному входу запоминающего устройства, коммутатор, вход которого также подключен к выходу приемного преобразователя, а один из его выходов подключен к управляющему входу запоминающего устройства, субблок вычисления скорости. погружения отражателя, управляющий вход которого подключен к второму выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к двум выходам и двум входам запоминающего устройства, субблок вычисления скорости звука в жидкости, управляющий вход которого подключен к третьему выходу коммутатора, а два информационных входа и два выхода его подключены соответственно к другим двум выходам и двум входам запоминаюj щего устройства, и субблок регистрации вертикального перемещения отражателя и скорости распространения звука в жидкости, два входа которого соединены с соответствующими выходами субблока вычисления скорости звука в жидкости.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3341808, кл. 340-5, 1967.

2.Патент США № 3388372, кл. 340-3, 1967.

3.Патент ФРГ № 1244453, кл. 42 с,42, 1967 (прототип).