Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах

 

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

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 Н 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759052/28 (22) 22.08.89 (46) 07.09.91, Бюл. М 33 (71) Ленинградское высшее инженерное морское училище им. адм. С.О. Макарова (72) А.С. Бравичев (53) 620,179.16(088.8) (56) Серавин Г.Н. Измерения скорости звука в океане. Л,: Гидрометиздат, 1979, с. 22-30.

Патент CLUA М 3388372, кл, 340-3, 1968. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА B )ЖИДКИХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к устройствам для акустических измерений и может быть

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 использованодля 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. 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 которого 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

1675687

С Г

8лВ из последовательна соединенных смесителя 11 и спектроаиализатора 12, выход которого подключен и 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 радиаимпульсов и частотного модулятора 10 возбуждают акустический излучатель 2 электрическим импульсным сигналам с внутренней частотной модуляцией несущих колебаний и запускают формирователь 3 временной оси опорных импульсов. Акустический импульс, распространяясь в сторону дна, рассеивается на различных неоднородностях жидкой среды. Рассеянный акустический сигнал принимается акустическими приемниками 5 и 6, которые вместе с усилителями-ограничителями 7 и 8, смесителем 11 и спектроанализатором 12 образуют корреляционную приемную акустическук> систему, р,арактеристика направленности QL) такой приемной системы описывается выражением

4() =.- — coszcf<, r, (1) з!плЛf т где г=б саз L Cn — запаздывание принятого сигнала на входе второго акустического приемника относительно сигнала, принятого первым акустическим приемникам; б — расстояние между акустическими приемниками;

Ь вЂ” угол прихода лучей к приемникам:

Cn — скорость звука в жидкости у приемника;

fo — частота несущих колебаний;

Ьf — величина девиации частоты, По мере распро:.траиения излученного акустического импульса в глубину увеличивается от 0 до 90 угол прихода Li принимаемого рассеянного акустического сигнала.

Вследствие этого изменяется спектр частот на выходе смесителя 11„который зависит от закона модуляции, излучаемого сигнала и от временной задержки сигнала на втором акустическом приемнике 6 относительно первого 5, Спектроанализатор 12 регистрирует изменение угла наклона L

55 излучателем и акустическими приемниками, угла прихода фронта отраженного сигнала

Li, определяемого по спектральному составу смешанных сигналов, и измеренного соответственно этим углам, времени t и скорости звука Ci на разных глубинах.

Предельная глубина измерения вертикального распределения скорости звука определяется по формуле где L — коэффициент, учитывающий рассеивающие свойства жидкой среды, м — ксэффициент, учитывающий направленные свойства излучающей и приемной систем;

С вЂ” скорость звука в жидкости;

Р— акустическая мощность излучателя;

 — чувствительность по интенсивности акустической приемной системы; тя — длительность импульса излучаемого сигнала.

Из формулы (2) видно, что увеличение глубины может быть достигнуто увеличениBMtn — 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 сигнала. 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 6 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 зоидироваиия беэ ухудшения точности измерения.

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

1675687 сохранении высокой скорости его изменения.

Составитель Г. Максимочкин

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор M. Куче ря вая

Заказ 2994 Тираж 302 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

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-ограчичителей, и подключенные к второму выходу генератора радиоимпульсов последовательно соединенные формирователь временной оси и вычислительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и

5 увеличения глубины зондирования, оно снабжено частотным модулятором, выход которого подключен к управляющему входу генератора радиоимпульсов, а блок определения угла наклона характеристики направ10 ленности акустических приемников выполнен из последовательно соединенных смесителя и спектроанализатора, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый и второй входы, 15 смесителя служат соответственно первым и вторым входами блока определения угла наклона характеристики направленности акустических приемников.