(54) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИПОВЕРХНОСТНОГО АЭРИРОВАННОГО СЛОЯ МОРЯ
1
Изобретение относится к исследовани(о поверхностных или граничных свойств материалов, в частности -к анализу жидкостей, и может быть испольэовано в океанологии для дистанционных неконтактных измерений характеристик, приповерхностного аэрированного (Пузырькового) слоя моря, играющего важную роль в процессах взаимодействия водных масс и атмосферы, а также представляющего интерес в вопросах гидроакустики.
Известно устройство для исследования приповерхностного аэрированного слоя моря акустическим способом, содержащее направленную приемно-излучающую ультразвуковую антенну,- генератор зондирующих сигналов, усилитель и схему фото- или кинорегистрадии электрических сигналов с экрана электроннолучевого осциллографа 1.
Основными недостатками данного устройства являются невозможность исследования верхней части аэрированного слоя, прилегающего к поверхности моря, из-за отсутствия четкого разделения принятого информационного сигнала на части, соответствующие рассеянию от аэрированного слоя и
2
отражению от морской поверхности, малая эффективность и недостаточная производительность устройства вследствие необходимости частой ручной подрегулировки на экране осциллографа информационных сигналов и амплитуды, длительность и положение на временной оси которых измеряются в больших динамических диапазонах, не10обходимость громоздкой ручной обработки результатов измерения с целью получения количественных характеристик аэрированного слоя и невозможность ввиду этого проведения -длительных
15 непрерывных исследований аэрированного слоя моря.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство для измерения харак20теристик пузырьксв газа в приповерхностном слое моря, содержащее приемно-излучающую систему с генератором зондирующих сигналов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации . В качестве генератора зондирующих сигналов используется источник модулированного светового
30 излучения, а приемным устройс вом служит гидрофон, соединенный с усилителем 2 . Однако известное устройство предназначено в основном для измерения локальных характеристик пузырьков в тонком приповерхностном слое моря толщиной несколько сантиметров, преж де всего для измерения объемной концентрации пузырьков в функции их раз меров, и не позволяет измерять толщину аэрированного слоя и суммарную рассеивающую силу слоя. Проведение измерений с помощью этого устройства возможно только со стационарных Н 1Дводных оснований типа морских платформ, причем узгал приемно-излучающей системы размещают как под водой, так и над водой. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для { змерения харак теристик приповерхностного аэрирован ного слоя моря, содержащее приемноизлучающую систему, генератор зондирующих сигнгшов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации, введены вторая пороговая схема с отличным от первой порогом ерабатывания, два измерителя временных интервсшов, ждущий мультивибратор и усреднитель, при этом генератор зондируютик сигнгшов выполнен в виде генератора сдвоенных радиоимпульсов, обе пороговые схемы подключены соответственно на два входа первогв из измерителей временник интервалов, выход которого подсоединеч, к схеме регистрации, выход второй пороговой схемы подключен ко входу йторого измерителя временных интервалов и к ждущему мультивибратору, выход которого подан на управляюишй вход схемы временного стробирования, а включенный на ее выходе квадратур соединен со схемой регистрации через, усреднитель, к другому входу второго измерителя временных интерв 1лов подклю чен генератор сдвоенных радиоимпульсов, а выход второго измерителя временных интервалов соединен со вхо дом регулировки усиления усилителя. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Приемно-излучающая система в виде акустической антенны 1, установленно например, на дне 2 и направленной вертикально к поверхности 3 моря, связана кабельной линией 4 с генератором 5 сдвоенных радиоимпульсов и усилителем 6, выход которого соединен со входами первой пороговой схем 7, имеющей низкий порог срабатывания второй пороговой схемы 8 с высоким порогом срабатывания и схемы 9 време ного стробирования. Выход второй пороговой схемы В соединен с одним из входов измерителей 10 и 11 временных интервалов. На второй вход измерителя 11 временных интервалов подан выход генератора 5, а выход измерителя 11 соединен со входом регулировки усиления усилителя 6. Выход пороговой схемы 7 соединен со вторым входом измерителя 10 временных интервалов, а выход последнего сое динен со схемой 12 регистрации. Кроме того, выход второй пороговой схемы 8 подсоединен к ждущему мультивибратору 13, выход которого подан на управляющий вход схемл 9 стробирования, а ее выход соединен с квадратором 14, который через усреднитель 15 соединен со схемой 12 регистрации. Устройство работает следующим образом. Генератор 5 радиоимпульсов вырабатывает пару одинаковых импульсов длительностью каждый с временным сдзигом между ними tr,, под действием КОТО1Ж1Х акустическая антенна 1 вырабатывает зондирующие импульсы 16 и направляет их к морской поверхности. Рассеянные воздушными пузырьками в приповерхностном слое 17 и морской поверхностью 3 акустические сигналы принимаются антенной 1, усиливаются и детектируются усилителем б и поступают на входы пороговых схем 7 и 8, а также на вход схемы 9 временного стробирования. Пороговая схема 7 имеет относительно низкий порог срабатывания и срабатывает под действием первого отраженного сигнала в начашьной его части, оп.ределяемой рассеянием зондирующего ипульса от границы аэрированного слоя и имеющей невысокий уррвень. Пороговая схема 8 имеет относительно высокий порог срабатывания, подобранный таким образом, чтобы невысокий уровень рассеяния ультразвука аэрированным слоем не вызвал срабатывания схемы 8, т.е. чтобы она срабатывала по значительно более высокому уровню отражения непосредственно от морской поверхности. Таким образом, пороговая схема 8 срабатывает в момент времени, соответствукедий отражению первого зондирующего сигнала от морской поверхности. Шлходы обеих пороговых схем подключены ко входам измерите- ля 10 «временных интервалов, представляющего собой, например, триггер с двумя входё1ми, соединенный с преобг раэователем время-напряжения. Следовательно, измеритель временных интервалов запускается сигналом с пороговой схемы 7 и выключается сигналом с пороговой схемЕз 8, тем самым фиксируя длительность сигнала Сцу рассеянного азрирюванным слоем. Величина Сд однозначно связана с толщиной аэрированного слоя а где С - скорость звука в воде. На выходе измерителя временных интервалов образуется нгтряжение, пропорциональное толщине пузырькового слоя, которое регистрируется схемой 12 регистрации г выполненной, например, в виде цифрового вольтметра. Далее сигналом срабатывания, выраватызл&лам пороговой схемой 8, запускается мультивибратор 13, на выходе KOTcqporo образуется сигнал некоторой гдяительности Тзсш, меньшей дпительHOCTKtr q0 . Эг1дним фронтом этого сиг ,мала на определённое время сгр открывается схема 9 временного стробирования. Таким образом, на выходе этой схемы возникает напряжение, соответствующее уровню рассеяния второ го зондирующего импульса при прохождений его через определенную часть аэрированного слоя. Назначение схекш 9 временного стробирования состоит в том, чтобы выди елить в принимашлых сигналах определенный временный уча, сток, соответствующий рассеянию ультразвука именно той частью аэриро ванного слоя, характеристики которой исследуются. Для этого используется схема зондирования морской поверхности парой импульсов, второй из коTOiftix запаздывает относительно первого на определенный интервал времени Т здй . Информация о положении морской поверхности, извлекаемая с помощью пороговсЛ схемы В из первого принятого отраженного .сигнала, позво.ляет производить измерения в однс и той же части аэрированного слоя, т.е. на одном и том же рарстоя нжя от морской поверхности независиМО от ее положения, существенно меняющегося а результате волнения в пр цессе многократного зондирования. ЕслиTjqj, неизменно, то как бы. не менялось положение морской поверхности из-за волнения в процессе многократного зондирования, измерение уровня рассеяния всякий раз производится на заданном расстоянии от морской поверхности, так как в предлагаемом устройстве интервал строби рования ТСТР оказывается привязан к положению поверхности. Изменив интервал -юл -г можно переходить к ре гисграции уровня рассеяния в другой части аэрированного слоя. С выхода СХ6МЫ 9 стробирования сигнал поступает на квадратор 14, в котором напряжение сигнала возводится в квадрат, и далее поступает в усреднитель 15, который вырабатывает на выходе напряжение, пропорциональное средней величине квадрата уровня рассеяния в пределах интервала ,. Это напряжение поступает на схему 12 регистрации. Так как в процессе волнения расстояние от акустической антенны 1 до Морской поверхности 3 может существенно меняться (например на несколько метров), то для повыиения точности измерений и компенсации измерений уровня прннимаемых рассеянных сигналов в результате дополнительного, затухания ультразвука при его прохождении через толщу воды служит схема регулировки усиления, состояiцaя из измерителя 11 временных интерралов, который запускается генератором 5 радиоимпульсов, а выключается сигнгшом, отраженным от морской поверхности. Таким образом. Фиксируемый этим измерителем временный интервал пропорционален расстоянию до поверхности и, следовательно, напряжение на входе регулировки усиления усилителя, подаваемое с выхода измерителя 11/ тем больше, чем больше это расстояние, в результате увеличение усиления при возрастании дистанции компенсирует дополнительное ослабление акустических сигналов, вызываемое затуханием звука в воде. Предлагаемое устройство позволяет измерять хар|1ктеристики аэрированного слоя дистанционным неконтактным путем без размещения каких-либо узлов в приповерхностном слое, подверженном разрушительному действию морского волнения, что существенно повышает эффективность исследований, С помощью такого устройства можно производить долговременные систематические исследования структуры аэрированного слоя во всем диапазоне гидрометеорологических условий, на1Гример, измерять крупномасштабные характеристики аэрированного слоя толаиной до нескольких метров, исследовать вертикальную структуру аэр1 фованногр слоя помимо объемной концентрации пузырьков в разных частях аэрированного слоя, а также измерять акустическую толщину и суммарную рассеивающую силу слоя. Формула изобретения Устройство для измерения характеристик приповерхностного аэрированного слоя моря, содержащее приемноиэлучающую систему, генератор зондирующих сигналов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации, отличающеес я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных возможностей, в него введены вторая пороговаясхема с отличным от первой порогом срабатывания, два измерителя временных интервалов, ждущий мультивибратор и усреднитель, при этом
