RU2152597C1

RU2152597C1 - Sonic speed meter

Info

Publication number: RU2152597C1
Application number: RU98123498/28A
Authority: RU
Inventors: Этибар Синабеддин оглы Пирвердиев; Акрам Мехти оглы Измайлов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Энергосервис"
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: acoustic control. SUBSTANCE: meter is used for measuring of sonic speed in liquid media. Meter has duration discriminator, switch, integrator, controlled generator, counter-type frequency divider, pulse distributor, exciting pulse generator, pulse clipper, electroacoustic transducer with reflector, comparator, peak detector, two RS-triggers, AND and OR logic elements, delay lines and recorder. Measurement accuracy of meter is enhanced due to automatic correction of recording level of reception signal by comparator with part of amplitude value of preceding reception signal. High frequency of monitoring pulses varying from 8750 to 10,000 Hz, with sonic speed in medium changing from 1400.00 tp 1600.00 m/s makes it possible to eliminate effect of amplitude variations of reception signals caused by partial disturbances of medium acoustic transparence on meter operation. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для измерения скорости распространения акустических колебаний (звука) в жидких средах. The invention relates to techniques for acoustic control and can be used to measure the propagation velocity of acoustic vibrations (sound) in liquid media.

Известен измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные ключевой элемент, интегратор, управляемый по частоте генератор, формирователь импульсов, счетчиковый делитель частоты и распределитель импульсов, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, входом соединенный с первым выходом распределителя, ограничитель импульсов и компаратор, логический элемент, первым входом подключенным к выходу компаратора, а вторым - к m выходу делителя частоты, формирователь корректирующих импульсов, первым входом подключенным к выходу компаратора, а вторым к m выходу распределителя, дискриминатор длительности, первым входом подключенным к выходу формирователя корректирующих импульсов и к первому входу ключевого элемента, а вторым - к второму выходу распределителя, а выходом подключенным к второму входу ключевого элемента, первичный акустический преобразователь входом (выходом), подключенным к выходу генератора возбуждающих импульсов. A known sound velocity meter comprising a key element sequentially connected, an integrator, a frequency-controlled generator, a pulse shaper, a counter frequency divider and a pulse distributor, series-connected excitation pulse generator, connected to the first output of the distributor by an input, a pulse limiter and a comparator, a logic element, the first the input connected to the output of the comparator, and the second to the m output of the frequency divider, shaper corrective pulses, the first input p connected to the output of the comparator, and the second to the m output of the distributor, a discriminator of duration, the first input connected to the output of the driver of corrective pulses and to the first input of the key element, and the second to the second output of the distributor, and the output connected to the second input of the key element, the primary acoustic transducer input (output) connected to the output of the generator of exciting pulses.

В основу принципа построения такого измерителя положен частотно-временной принцип, заключающийся в автоматической установке периода следования импульсов управляемого генератора дольным от времени распространения акустического импульса на базовом расстоянии L (удвоенное расстояние от излучающей поверхности измерителя до отражающей поверхности отражателя). Мерой скорости C звука является частота f импульсного сигнала, действующего на выходе управляемого генератора f=K-C/L, где K-коэффициент деления делителя (Исмайлов Т. К., Измайлов А.М., Аллахвердов Ф.М. "Состояние и некоторые перспективы развития средств измерения гидрологических параметров Мирового океана", ИЗМЕРЕНИЕ КОНТРОЛЬ АВТОМАТИЗАЦИЯ, N 4, 1985, с. 3-11). The principle of constructing such a meter is based on the time-frequency principle, which consists in automatically setting the repetition period of the pulses of the controlled generator to the fractional of the propagation time of the acoustic pulse at the base distance L (twice the distance from the meter’s radiating surface to the reflecting surface of the reflector). A measure of sound speed C is the frequency f of the pulse signal acting at the output of a controlled oscillator f = KC / L, where K is the division coefficient of the divider (Ismayilov T.K., Izmaylov A.M., Allakhverdov F.M. "Status and some prospects development of measuring instruments for the hydrological parameters of the oceans "MEASUREMENT CONTROL AUTOMATION, N 4, 1985, pp. 3-11).

Недостатком такого измерителя является невысокая точность измерения, обусловленная случайными колебаниями амплитуды приемного сигнала, вызванными различными видами возмущений в контролируемой среде (наличием воздушных пузырьков, температурных градиентов, механических частиц, вихревых течений и. т. д. ), частично нарушающих акустическую прозрачность среды. Колебания амплитуды приемного сигнала приводят к модуляции измеряемого времени распространения акустическим импульсом базового расстояния. Это, в свою очередь, вызывает случайные "качания" частоты f сигналов на выходе управляемого генератора. The disadvantage of such a meter is the low accuracy of the measurement, due to random fluctuations in the amplitude of the receiving signal caused by various types of disturbances in the controlled medium (the presence of air bubbles, temperature gradients, mechanical particles, vortex flows, etc.), partially violating the acoustic transparency of the medium. Fluctuations in the amplitude of the receiving signal modulate the measured propagation time of the acoustic distance of the base distance. This, in turn, causes random “swings” of the frequency f of the signals at the output of the controlled generator.

Известен измеритель скорости звука, содержащий генератор импульсов, приемо-передающие акустические преобразователи, амплитудный усилитель, дискриминатор, формирователь, пиковый детектор и измеритель частоты. Измеритель работает в двух режимах, обусловленных различными значениями амплитудного дискриминатора. По измерению выходной частоты измерителя в двух режимах работы определяют изменение амплитуды приемного сигнала, случайно возникающее при распространении акустического импульса в среде. Данный измеритель позволяет выявить и оценить величину случайного изменения амплитуды приемного сигнала. Точность измерения достигается посредством расчетного определения поправки изменяющегося времени нарастания амплитуды приемного сигнала до порогового уровня напряжения дискриминатора (а.с. СССР N 503140, кл. G 01 H 5/00, 1976). A known sound velocity meter comprising a pulse generator, transceiver acoustic transducers, an amplitude amplifier, discriminator, driver, peak detector and frequency meter. The meter operates in two modes, due to different values of the amplitude discriminator. By measuring the output frequency of the meter in two operating modes, determine the change in the amplitude of the receiving signal, randomly occurring during the propagation of an acoustic pulse in the medium. This meter allows you to identify and evaluate the value of a random change in the amplitude of the receiving signal. The measurement accuracy is achieved by calculating the correction of the changing rise time of the amplitude of the receiving signal to the threshold voltage level of the discriminator (AS USSR N 503140, class G 01 H 5/00, 1976).

Недостатком данного измерителя является невысокая точность измерения, вызванная тем, что учет случайных изменений амплитуды приемного сигнала производится только в дискретные моменты времени. Между указанными моментами производится вычисление поправки. При этом не учитывается тот факт, что амплитуда приемного сигнала в это время может принимать новые значения. The disadvantage of this meter is its low measurement accuracy, due to the fact that random changes in the amplitude of the receiving signal are taken into account only at discrete time instants. Between the indicated points, the correction is calculated. It does not take into account the fact that the amplitude of the receiving signal at this time can take on new values.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является измеритель скорости звука (а.с. СССР N 1587345, G 01 H 5/00, 1990). Такой измеритель содержит последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, ограничитель амплитуды импульсов и компаратор, последовательно соединенные дискриминатор длительности, коммутатор, интегратор, управляемый по частоте генератор, делитель частоты и первый распределитель импульсов, регистратор, подключенный к выходу управляемого генератора, первый и второй RS-триггеры, последовательно соединенные линия задержки, пиковый детектор, состоящий из первого и второго повторителя напряжений и накопительного конденсатора с одним управляемым ключом, аттенюатор и другой управляемый ключ, второй распределитель импульсов и электроакустический преобразователь со ступенчатым отражателем, входом (выходом), подключенный к выходу генератора импульсов. Вход пикового детектора соединен с выходом ограничителя импульсов, выход компаратора соединен с первым входом второго распределителя импульсов, первый и второй выходы первого распределителя импульсов соединены соответственно с входом генератора импульсов и первым входом дискриминатора, третий выход первого распределителя импульсов подключен к второму входу второго распределителя импульсов и R-входам первого и второго RS-триггеров, S-входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго распределителя импульсов, третий выход которого соединен с вторым входом дискриминатора длительности и управляющим входом коммутатора, второй вход компаратора соединен с выходами первого и второго управляемых ключей, управляющие входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого RS-триггера, вход второго управляемого ключа предназначен для подключения к положительному полюсу источника напряжения, а инверсный выход второго RS-триггера соединен с входом линии задержки. В таком измерителе повышение точности измерения достигнуто путем коррекции порога регистрации основного приемного сигнала (сигнала, отраженного от отражающей поверхности отражателя: двойное значение расстояния от данной поверхности до излучающей поверхности электроакустического преобразователя определяет длину L акустической базы) частью амплитудного значения вспомогательного приемного сигнала, т.е. сигнала, отраженного от другой вспомогательной поверхности отражателя, расположенной ближе к излучающей (принимающей) поверхности отражателя. Таким образом, в таком измерителе от единичного возбуждения электроакустического преобразователя образуются два приемных сигнала, следующих друг за другом: первый - вспомогательный, второй - основной. Closest to the proposed device in terms of technical nature and the achieved result is a sound velocity meter (AS USSR N 1587345, G 01 H 5/00, 1990). Such a meter contains a series-connected generator of exciting pulses, a pulse amplitude limiter and a comparator, a series-connected discriminator of duration, a switch, an integrator, a frequency-controlled generator, a frequency divider and a first pulse distributor, a recorder connected to the output of a controlled generator, the first and second RS triggers serially connected delay line, a peak detector consisting of a first and second voltage follower and a storage capacitor with a controllable switch, the attenuator and the other controllable switch, the second pulse distributor and the electroacoustic transducer with stepped reflector, input (output) connected to the output of the pulse generator. The peak detector input is connected to the output of the pulse limiter, the comparator output is connected to the first input of the second pulse distributor, the first and second outputs of the first pulse distributor are connected respectively to the input of the pulse generator and the first input of the discriminator, the third output of the first pulse distributor is connected to the second input of the second pulse distributor and R-inputs of the first and second RS-flip-flops, S-inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the second pulse distributor , the third output of which is connected to the second input of the discriminator of duration and the control input of the switch, the second input of the comparator is connected to the outputs of the first and second managed keys, the control inputs of which are connected respectively to the direct and inverse outputs of the first RS-trigger, the input of the second managed key is designed to connect to the positive pole of the voltage source, and the inverse output of the second RS-trigger is connected to the input of the delay line. In such a meter, an increase in the measurement accuracy is achieved by correcting the registration threshold of the main receiving signal (signal reflected from the reflecting surface of the reflector: the double value of the distance from this surface to the radiating surface of the electro-acoustic transducer determines the length L of the acoustic base) as part of the amplitude value of the auxiliary receiving signal, i.e. . signal reflected from another auxiliary surface of the reflector, located closer to the radiating (receiving) surface of the reflector. Thus, in such a meter, from the unit excitation of the electro-acoustic transducer, two receiving signals are formed, following one after another: the first is auxiliary, the second is the main.

Недостатком такого измерителя является то, что при контроле скорости звука в тонких турбулентных структурах изменения амплитуды приемного сигнала не в полной мере отслеживаются изменениями амплитуды вспомогательного приемного сигнала. Это может быть объяснено тем, что отражающие поверхности отражателя сдвинуты в пространстве. Выполнение отражателя двухступенчатым приводит также к резкому уменьшению значений амплитуд приемных сигналов. Это, в свою очередь, может приводить (при наличии возмущений в контролируемой среде) к потере сигналов и к срывам в работе измерителя. Увеличение диаметра излучателя для компенсации потерь амплитуды сигналов не всегда возможно. Так для контроля скорости звука в тонких структурах, диаметр излучателя-приемника (активного элемента пьезоэлектрического преобразователя) не должен превышать 3-5 мм. Кроме того, на отражающей поверхности отражателя, вследствии наличия ступеньки, скапливается грязь, что приводит к уменьшению отражательной поверхности отражателя и, следовательно, к уменьшению амплитуды приемного сигнала и требует его периодической чистки. Следует также отметить сложность технологии изготовления такого отражателя. The disadvantage of such a meter is that when controlling the speed of sound in thin turbulent structures, changes in the amplitude of the receiving signal are not fully monitored by changes in the amplitude of the auxiliary receiving signal. This can be explained by the fact that the reflecting surfaces of the reflector are shifted in space. The performance of the reflector in two stages also leads to a sharp decrease in the amplitudes of the receiving signals. This, in turn, can lead (in the presence of disturbances in the controlled environment) to signal loss and to interruptions in the operation of the meter. Increasing the diameter of the emitter to compensate for the loss of signal amplitude is not always possible. So to control the speed of sound in thin structures, the diameter of the emitter-receiver (active element of the piezoelectric transducer) should not exceed 3-5 mm. In addition, dirt accumulates on the reflective surface of the reflector, due to the presence of a step, which leads to a decrease in the reflective surface of the reflector and, consequently, to a decrease in the amplitude of the receiving signal and requires periodic cleaning. It should also be noted the complexity of the manufacturing technology of such a reflector.

Задача предлагаемого изобретения - повышение точности измерения и устойчивости работы измерителя путем автоматической коррекции значения уровня регистрации приемного сигнала частью амплитудного значения предыдущего приемного сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные дискриминатор длительности, коммутатор, интегратор, управляемый по частоте генератор, счетчиковый делитель частоты, распределитель импульсов и регистратор, входом подключенный к выходу управляемого генератора, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов и ограничитель импульсов, электроакустический преобразователь с отражателем, входом (выходом) соединенный с входом ограничителя импульсов, компаратор, информационным входом соединенный с выходом ограничителя импульсов, а выходом - с первым входом дискриминатора длительности, первый повторитель напряжения входом соединенный с выходом ограничителя импульсов, накопительный конденсатор вторым выводом подключенным к общей шине питания, первый управляемый ключ, первый коммутирующий вывод которого соединен с выходом первого повторителя напряжения, а второй - с первым выводом накопительного конденсатора, второй управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены параллельно выводам накопительного конденсатора, третий управляемый ключ, первый коммутирующий вывод которого соединен с первым выводом накопительного конденсатора, второй повторитель напряжения, входом соединенный с вторым коммутирующим выводом третьего управляемого ключа, аттенюатор напряжения, входом соединенный с выходом второго повторителя напряжения, а выходом - с опорным входом компаратора, первый и второй RS-триггеры, линию задержки, согласно изобретению дополнительно введены первый логический элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым и пятым выходами распределителя импульсов, а выход - с входом генератора возбуждающих импульсов, второй логический элемент ИЛИ, входы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, а выход с строб-входом компаратора, третий логический элемент ИЛИ, входы которого соединены с вторым и шестым выходами распределителя, а выход - с вторым входом дискриминатора длительности, второй накопительный конденсатор, второй вывод которого соединен с общей шиной питания, четвертый управляемый ключ, первый коммутирующий вывод которого соединен с выходом первого повторителя напряжения, а второй вывод - с первым выводом второго накопительного конденсатора, пятый управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены параллельно выводам второго накопительного конденсатора, шестой управляемый ключ, первым коммутирующим выводом соединенный с первым выводом второго накопительного конденсатора, а вторым - с входом второго повторителя напряжения, первый логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом компаратора, а второй - с прямым выходом первого RS-триггера, вторая линия задержки, входом соединенная с выходом первого логического элемента И, а выходом - с входом управления второго ключа, второй логический элемент И, первым входом соединенный с выходом компаратора, вторым - с прямым выходом второго RS-триггера, а выходом соединен через линию задержки с управляющим входом пятого ключа, управляющие входы первого и шестого ключей соединены с прямым выходом второго RS-триггера, а управляющие входы третьего и четвертого ключей соединены с прямым выходом первого RS-триггера, первый и второй входы второго RS-триггера соединены соответственно с вторым и четвертым выходами распределителя импульсов, первый и второй входы первого RS-триггера соединены соответственно с шестым и восьмым выходами распределителя импульсов, вход чтения коммутатора соединен с выходом компаратора, а отражательная поверхность отражателя выполнена плоской. The objective of the invention is to improve the measurement accuracy and stability of the meter by automatically correcting the value of the registration level of the receiving signal with a portion of the amplitude value of the previous receiving signal. This object is achieved by the fact that in the sound velocity meter, containing a series-connected discriminator of duration, a switch, an integrator, a frequency-controlled generator, a counter frequency divider, a pulse distributor and a recorder connected to the output of the controlled generator by an input, a generator of exciting pulses and a pulse limiter are connected in series , electro-acoustic transducer with a reflector, input (output) connected to the input of the pulse limiter, comparator, inf the input is connected to the output of the pulse limiter, and the output is to the first input of the duration discriminator, the first voltage follower is connected to the output of the pulse limiter, the storage capacitor is connected to the common power bus by the second output, the first controlled key, the first switching terminal of which is connected to the output of the first repeater voltage, and the second with the first output of the storage capacitor, the second controlled key, the switching terminals of which are connected in parallel with the terminals of a storage capacitor, a third controlled key, the first switching output of which is connected to the first output of the storage capacitor, a second voltage follower, connected to the second switching output of the third managed key, a voltage attenuator connected to the output of the second voltage follower and the output to the reference input of the comparator , the first and second RS-flip-flops, a delay line, according to the invention, a first OR gate is additionally introduced, the inputs of which are connected to the first and fifth m outputs of the pulse distributor, and the output is with the input of the generator of exciting pulses, the second logical element OR, the inputs of which are connected to the inputs of the first OR element, and the output with the strobe input of the comparator, the third logical element OR, the inputs of which are connected to the second and sixth outputs of the distributor and the output - with the second input of the discriminator of duration, the second storage capacitor, the second output of which is connected to a common power bus, the fourth controlled key, the first switching output of which is connected to the output ne of the first voltage follower, and the second terminal with the first terminal of the second storage capacitor, the fifth controlled key, the switching terminals of which are connected in parallel with the terminals of the second storage capacitor, the sixth controlled key, the first switching terminal connected to the first terminal of the second storage capacitor, and the second to the input of the second voltage follower, the first logical element And, the first input of which is connected to the output of the comparator, and the second - with the direct output of the first RS-trigger, the second line behind arms, the input is connected to the output of the first logical element And, and the output is with the control input of the second key, the second logic element And, the first input is connected to the output of the comparator, the second - with the direct output of the second RS-trigger, and the output is connected via a delay line to the control the input of the fifth key, the control inputs of the first and sixth keys are connected to the direct output of the second RS-trigger, and the control inputs of the third and fourth keys are connected to the direct output of the first RS-trigger, the first and second inputs of the second RS-trigger inenes respectively with the second and fourth outputs of the pulse distributor, the first and second inputs of the first RS-trigger are connected respectively with the sixth and eighth outputs of the pulse distributor, the read input of the switch is connected to the output of the comparator, and the reflective surface of the reflector is made flat.

Совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения, позволяющая формировать пороговое напряжение для компаратора из части амплитудного значения предыдущего приемного сигнала в уровне технике не обнаружена, следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию "существенность отличия". The set of essential features of the distinguishing part of the claims that allows you to generate a threshold voltage for the comparator from the amplitude part of the previous receiving signal in the prior art is not detected, therefore, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображена блок-схема заявляемого устройства, на фиг. 2 изображены временные диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах отдельных функциональных блоков измерителя. In FIG. 1 shows a block diagram of the inventive device, FIG. 2 shows the timing diagrams of the signals acting on the inputs and outputs of the individual functional blocks of the meter.

Измеритель скорости звука (фиг. 1) содержит дискриминатор длительности 1, коммутатор 2, интегратор 3, управляемый по частоте генератор 4, счетчиковый делитель 5 частоты, распределитель 6 импульсов, регистратор 7, генератор 8 возбуждающих импульсов, ограничитель 9 импульсов, электроакустический преобразователь 10 с отражателем 11, компаратор 12, первый повторитель 13 напряжения, накопительный конденсатор 14, первый 15, второй 16 и третий 17 управляемые ключи, второй повторитель 18 напряжения, аттенюатор 19, первый 20 и второй 21 RS-триггеры, линию задержки 22, первый 23, второй 24 и третий 25 логические элементы ИЛИ, второй накопительный конденсатор 26, четвертый 27, пятый 28 и шестой 29 управляемые ключи, первый 30 логический элемент И, вторую линию задержки 31 и второй 32 логический элемент И. The sound velocity meter (Fig. 1) contains a discriminator of duration 1, switch 2, integrator 3, frequency-controlled oscillator 4, counter frequency divider 5, distributor 6 pulses, recorder 7, generator 8 exciting pulses, limiter 9 pulses, electro-acoustic transducer 10 s reflector 11, comparator 12, first voltage follower 13, storage capacitor 14, first 15, second 16 and third 17 controlled keys, second voltage follower 18, attenuator 19, first 20 and second 21 RS triggers, delay line 22, p the first 23, the second 24 and the third 25 logical elements OR, the second storage capacitor 26, the fourth 27, the fifth 28 and the sixth 29 managed keys, the first 30 logical element And, the second delay line 31 and the second 32 logical element I.

Электрические схемы управляемого генератора 4 и генератора 8, ограничителя 9 и компаратора 12 приведены, например, в книге Киясбейли А.Ш., Измайлова А. М. и Гуревича В.М. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. М.: Машиностроение, 1984. Повторители напряжения 13 и 18 построены на базе микросхем типа 140 УД8А, остальные функциональные элементы построены на микросхемах серии 564: дискриминатор 1- 564 ТМ2, коммутатор 2 - 564 ТР2, счетчиковый делитель 5 - 564 ИЕ14, распределитель 6 - 564 ИЕ9, триггеры 20, 21 - 564 ТМ2, логические элементы ИЛИ (23, 24, 25) - 564 ЛЕ5, управляемые ключи (15, 16, 17, 27, 28, 29,)-564 КТЗ, логические элементы И (30, 32) - 564 ЛА7, линии задержки (22, 31) выполнены на базе микросхемы 564 ЛА7. Электрические схемы перечисленных блоков приведены, например, в книге Ланцов А.Л. и др. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1983. Электроакустический преобразователь с отражателем выполнены в виде единого функционального и конструктивно законченного блока. Исполнение такого блока приведено, например, в статье Исмайлов Т.К. и Гуревич В. М. Частотно-временной гидрологический измеритель скорости звука. "Океанология" N 5, 1982, с. 839-843. The electrical circuits of the controlled generator 4 and generator 8, the limiter 9 and the comparator 12 are shown, for example, in the book of A. Sh. Kiyasbeyli, A. M. Izmailov and V. M. Gurevich Time-frequency ultrasonic flow meters and counters. M .: Mashinostroenie, 1984. Voltage repeaters 13 and 18 are built on the basis of type UD8A type 140 microchips, other functional elements are built on 564 series microcircuits: discriminator 1-564 TM2, switch 2 564 TP2, counter divider 5 564 IE14, distributor 6 - 564 IE9, triggers 20, 21 - 564 TM2, logical elements OR (23, 24, 25) - 564 LE5, managed keys (15, 16, 17, 27, 28, 29,) - 564 CTZ, logical elements AND ( 30, 32) - 564 LA7, delay lines (22, 31) are based on the 564 LA7 chip. The electrical circuits of the listed blocks are given, for example, in the book A. Lantsov. and others. Digital devices on complementary TIR integrated circuits. M .: Radio and communication, 1983. The electro-acoustic transducer with a reflector is made in the form of a single functional and structurally complete unit. The execution of such a block is given, for example, in the article by Ismayilov T.K. and Gurevich V. M. Frequency-time hydrological meter of sound velocity. "Oceanology" N 5, 1982, p. 839-843.

Измеритель работает следующим образом. The meter works as follows.

Выходные импульсы управляемого по частоте генератора 4 с частотой следования f через счетчиковый делитель 5, уменьшающего частоту следования f импульсов в К раз, поступают на вход распределителя 6, задающего последовательность работы функциональных блоков устройства. Форма импульсов, действующих на выходе делителя 5 приведена на диаграмме 33 (фиг. 2), а на выходах 1, 2, 4, 5, 6 и 8 распределителя 6 приведена соответственно на диаграммах 34, 35, 36, 37, 38 и 39 (фиг. 2). The output pulses of a frequency-controlled generator 4 with a repetition rate f through a counter divider 5, which reduces the repetition rate f of pulses by a factor of K, are fed to the input of the distributor 6, which determines the sequence of operation of the device's functional units. The shape of the pulses acting at the output of the divider 5 is shown in diagram 33 (Fig. 2), and at the outputs 1, 2, 4, 5, 6 and 8 of the distributor 6 are shown respectively in diagrams 34, 35, 36, 37, 38 and 39 ( Fig. 2).

По переднему фронту импульса 34 (фиг. 2) с первого выхода распределителя 6 через элемент ИЛИ 23 производится запуск генератора 8, формирующего короткий импульс 40-А, (фиг. 2) ударного возбуждения, воздействующий на электроакустический преобразователь 10. Преобразователь 10 при этом формирует акустический импульс, который излучается в контролируемую среду. Этот импульс после зондирования среды отражается от отражателя 11 воспринимается преобразователем 10 и преобразовывается последним в приемный электрический сигнал 40-а (фиг.2). По переднему фронту импульса 35 (фиг.2) с второго выхода распределителя 6 триггер 21 устанавливается в положение "1" (диаграмма 41, фиг.2). При этом сигнал высокого логического уровня ("1"), сформированный на прямом выходе триггера 21, воздействует на управляющие входы V ключей 15 и 29 и переводит их коммутирующие выводы X в замкнутое состояние. Замкнутые выводы X ключа 15 подключают накопительный конденсатор 14 к выходу повторителя 13, а замкнутые выводы X ключа 29 обеспечивают передачу напряжения, накопленного на конденсаторе 26 от предыдущего приемного сигнала, на опорный вход компаратора 12 через повторитель 18 и аттенюатор 19. On the leading edge of the pulse 34 (Fig. 2) from the first output of the distributor 6 through the OR element 23, a generator 8 is generated that generates a short pulse 40-A (Fig. 2) of shock excitation acting on the electro-acoustic transducer 10. The transducer 10 acoustic impulse that is emitted into a controlled environment. This pulse after sensing the medium is reflected from the reflector 11 is perceived by the Converter 10 and is converted last into the receiving electrical signal 40-a (figure 2). On the leading edge of the pulse 35 (figure 2) from the second output of the distributor 6, the trigger 21 is set to position "1" (chart 41, figure 2). In this case, a signal of a high logical level ("1"), formed at the direct output of trigger 21, acts on the control inputs V of the keys 15 and 29 and puts their switching outputs X in a closed state. The closed terminals X of the key 15 connect the storage capacitor 14 to the output of the repeater 13, and the closed terminals X of the key 29 transmit the voltage accumulated on the capacitor 26 from the previous receiving signal to the reference input of the comparator 12 through the repeater 18 and the attenuator 19.

Приемный сигнал 40-а (фиг. 2), сформированный на выходе преобразователя 10, через ограничитель 9 воздействует на вход повторителя 13 и на информационный вход компаратора 12 и через замкнутые выводы X ключа 15 накапливается на конденсаторе 14 до своего амплитудного значения 43-а (фиг.2). The receiving signal 40-a (Fig. 2), generated at the output of the converter 10, acts through the limiter 9 on the input of the repeater 13 and on the information input of the comparator 12 and through the closed conclusions X of the key 15 is accumulated on the capacitor 14 to its amplitude value 43-a ( figure 2).

Приемный сигнал 40-а (фиг. 2), поступивший на информационный вход компаратора 12, регистрируется последним на уровне, задаваемом частью амплитудного значения напряжения, образованным от предыдущего приемного сигнала и накопленным на конденсаторе 26. При этом на выходе компаратора 12 формируется нормализованный приемный сигнал 44-А (фиг.2). The receiving signal 40-a (Fig. 2), received at the information input of the comparator 12, is registered last at the level set by the part of the amplitude value of the voltage formed from the previous receiving signal and accumulated on the capacitor 26. In this case, a normalized receiving signal is generated at the output of the comparator 12 44-A (FIG. 2).

Сигнал 44-А (фиг. 2) с выхода компаратора 12 одновременно воздействует на первые входы элементов И 30 и 32, первый вход дискриминатора 1 и вход E коммутатора 2. Выходной сигнал компаратора 12 не пропускается элементом И 30, так как на его втором входе действует сигнал низкого логического уровня "0", поступающий с прямого выхода триггера 20, а пропускается элементом И 32, так как на его втором входе действует сигнал высокого логического уровня "1" с триггера 21. С выхода элемента И 32 сигнал через линию задержки 22 воздействует на управляющий вход V ключа 28 и вызывает замыкание выводов X последнего, что приводит к разряду конденсатора 26. The signal 44-A (Fig. 2) from the output of the comparator 12 simultaneously affects the first inputs of the elements And 30 and 32, the first input of the discriminator 1 and the input E of the switch 2. The output signal of the comparator 12 is not passed through the element And 30, since at its second input a low logic level signal "0" is applied, coming from the direct output of the trigger 20, and is passed by the And 32 element, since a high logic level signal "1" from the trigger 21 acts on its second input. From the output of the And 32 element, the signal through the delay line 22 affects the control input V key 28 and call There is a short circuit of the terminals X of the latter, which leads to the discharge of the capacitor 26.

Выходной сигнал компаратора 12, воздействующий на первый вход дискриминатора 1, вызывает на прямом выходе последнего сигнал "1" ("0"), если на его втором выходе действует сигнал "1" ("0"), поступающий с второго выхода распределителя 6 через элемент ИЛИ 25. The output signal of the comparator 12, acting on the first input of discriminator 1, causes the direct output of the last signal "1" ("0"), if the signal "1" ("0") acts on its second output, coming from the second output of the distributor 6 through element OR 25.

Таким образом, дискриминатор 1 формирует сигнал "1" ("0"), если длительностью τ зондирования акустическим импульсом среды на базовом расстоянии L будет меньше (больше) двойного значения периода Т импульсов, действующих на выходе делителя 5, т.е. τ < 2T (τ > 2T).
Выходной сигнал компаратора 12, воздействующий на вход E коммутатора 2, вызывает на выходе последнего сигнал "1" ("0"), если на прямом выходе дискриминатора 1 действует сигнал "1" ("0"). После прекращения действия импульса на входе E коммутатора 2, выход последнего переходит в высокоимпедансное состояние.Thus, the discriminator 1 generates a signal “1” (“0”) if the duration τ of sounding by an acoustic pulse of the medium at the base distance L is less than (greater than) the double value of the period T of the pulses acting at the output of the divider 5, i.e. τ <2T (τ> 2T).
The output signal of the comparator 12, acting on the input E of the switch 2, causes the output of the last signal "1"("0"), if the direct output of the discriminator 1 acts the signal "1"("0"). After the termination of the pulse at the input E of the switch 2, the output of the latter goes into a high impedance state.

Сигнал "1" ("0") на выходе коммутатора вызывает повышение (понижение) напряжения на выходе интегратора 3. Таким образом, напряжение на выходе интегратора 3, являющееся управляющим для генератора 4 увеличивается и увеличивает частоту импульсов генератора 4 при τ < 2T и уменьшается и уменьшает частоту f генератора при τ > 2T. По переднему фронту импульса 37 (фиг. 2) триггер 21 возвращается в исходное состояние - коммутирующее выводы X ключей 15 и 29 переходят в разомкнутое состояние. The signal "1" ("0") at the output of the switch causes an increase (decrease) in the voltage at the output of the integrator 3. Thus, the voltage at the output of the integrator 3, which controls the generator 4, increases and increases the pulse frequency of the generator 4 at τ <2T and decreases and reduces the frequency f of the generator at τ> 2T. On the leading edge of the pulse 37 (Fig. 2), the trigger 21 returns to its original state - the switching terminals X of the switches 15 and 29 go into the open state.

По переднему фронту импульса 37 (фиг.2) с пятого выхода распределителя 6 через элемент ИЛИ 23 вновь запускается генератор 8, формирующий короткий импульс 40-Б (фиг. 2), воздействующий на вход преобразователя 10. Приемный сигнал, вызванный указанным возбуждением преобразователя 10, показан на диаграмме 40-б, фиг. 2. По переднему фронту импульса 38 (фиг. 2) с шестого выхода распределителя 6 триггер 20 устанавливается в положение "1" (диаграмма 42, фиг.2). Сигнал уровня "1", сформированный на прямом выходе триггера 20, воздействует на управляющие входы V ключей 17 и 27 и переводит их коммутирующие выводы X в замкнутое состояние. При этом замкнутые выводы X ключа 17 обеспечивают передачу напряжения, накопленного на конденсаторе 14 от предыдущего приемного сигнала, на опорный вход компаратора 12 через повторитель 18 напряжения и аттенюатор 19, а замкнутые выводы X ключа 27 подключают конденсатор 26 к выходу повторителя 13. On the leading edge of the pulse 37 (Fig. 2), the generator 8 starts again from the fifth output of the distributor 6 through the OR 23 element, generating a short pulse 40-B (Fig. 2), acting on the input of the converter 10. The receiving signal caused by the specified excitation of the converter 10 shown in diagram 40-b, FIG. 2. On the leading edge of the pulse 38 (Fig. 2) from the sixth output of the distributor 6, the trigger 20 is set to position "1" (diagram 42, Fig.2). The signal level "1", formed at the direct output of the trigger 20, acts on the control inputs V of the keys 17 and 27 and puts their switching conclusions X in a closed state. In this case, the closed terminals X of the key 17 provide the transmission of voltage accumulated on the capacitor 14 from the previous receiving signal to the reference input of the comparator 12 through the voltage follower 18 and the attenuator 19, and the closed terminals X of the key 27 connect the capacitor 26 to the output of the repeater 13.

Приемный сигнал 40-б (фиг. 2), сформированный на выходе преобразователя 10 через ограничитель 9 одновременно воздействует на вход повторителя 13 и на информационный вход компаратора 12. Далее описанный выше процесс повторяется с той лишь разницей, что выходной сигнал 44-Б (фиг. 2), сформированный компаратором 12, не пропускается элементом И 32, а пропускается элементом 30. Сигнал, возникающий на выходе элемента 30, через линию задержки 31, воздействует на управляющий вход V ключа 16 и переводит его коммутирующие выводы X в замкнутое состояние, вызывая разряд конденсатора 14. (Линия задержки 22 вводится для обеспечения устойчивой работы компаратора 12.) Импульсы ударного возбуждения 40-а и 40-б (фиг. 2) не воспринимаются компаратором 12, так как во время действия указанных импульсов на строб-входе последнего действуют запретительные сигналы, поступающие с первого и пятого выходов распределителя 6 через элемент ИЛИ 24. The receiving signal 40-b (Fig. 2) generated at the output of the converter 10 through the limiter 9 simultaneously affects the input of the repeater 13 and the information input of the comparator 12. Then the process described above is repeated with the difference that the output signal 44-B (Fig. .2), formed by the comparator 12, is not passed by the And element 32, but is passed by the element 30. The signal that occurs at the output of the element 30, through the delay line 31, acts on the control input V of the key 16 and puts its switching conclusions X in a closed state, causing bit d of capacitor 14. (Delay line 22 is introduced to ensure stable operation of comparator 12.) Impact pulses 40-a and 40-b (Fig. 2) are not perceived by comparator 12, since during the action of these pulses at the gate input of the latter prohibitive signals from the first and fifth outputs of the distributor 6 through the element OR 24.

В установившемся режиме работы измерителя происходит чередование условий 2T > τ и 2T < τ, сигналов "1" и "0" на выходе дискриминатора 1 и приращений напряжения (положительных и отрицательных) на выходе интегратора 3. При этом среднее значение 2T стремится к значению τ, а значение частоты f импульсов на выходе управляемого генератора и фиксируемое регистратором 7 будет пропорционально скорости C звука: f = 2K • C/L. In the steady state mode of operation of the meter, the conditions 2T> τ and 2T <τ, the signals "1" and "0" alternate at the output of discriminator 1 and the voltage increments (positive and negative) at the output of integrator 3. In this case, the average value of 2T tends to the value of τ and the value of the frequency f of the pulses at the output of the controlled generator and recorded by the recorder 7 will be proportional to the speed C of sound: f = 2K • C / L.

Измеритель скорости звука, разработанный по описанному принципу, для контроля скорости звука в турбулизованной морской воде имеет следующие характеристики: диапазон измерения 1400,00 м/с - 1600,00 м/с, диапазон измерения выходной частоты 140000 Гц - 160000 Гц, абсолютная погрешность не более ±(3-4) см/с, диаметр активного элемента пьезоэлектрического преобразователя 5 мм, коэффициент K=4, длина L=80 мм. The sound velocity meter, developed according to the described principle, for controlling the speed of sound in turbulent seawater has the following characteristics: measuring range of 1400.00 m / s - 1600.00 m / s, measuring range of the output frequency of 140,000 Hz - 160,000 Hz, the absolute error is not more than ± (3-4) cm / s, diameter of the active element of the piezoelectric transducer 5 mm, coefficient K = 4, length L = 80 mm.

Таким образом, в предлагаемой схеме благодаря коррекции уровня регистрации приемного сигнала частью амплитудного значения предыдущего приемного сигнала достигается высокая точность измерения и практически исключена пульсация частоты выходного сигнала, вызванная колебаниями амплитуды приемного сигнала. Исследования предложенной схемы подтвердили высокую устойчивость работы измерителя в турбулизованных средах. Высокая частота зондирующих импульсов от 8750 Гц до 10000 Гц в указанном диапазоне скоростей позволяет практически исключить воздействие на выходной сигнал изменения энергии акустических импульсов, следующих друг за другом при изменении акустической обстановки в пространстве между излучателем и отражателем. Thus, in the proposed scheme, due to the correction of the registration level of the receiving signal by a part of the amplitude value of the previous receiving signal, high measurement accuracy is achieved and the ripple of the output signal frequency caused by fluctuations in the amplitude of the receiving signal is practically eliminated. Studies of the proposed scheme have confirmed the high stability of the meter in turbulent environments. The high frequency of the probe pulses from 8750 Hz to 10,000 Hz in the indicated speed range makes it possible to practically exclude the effect on the output signal of changes in the energy of acoustic pulses following each other when the acoustic situation in the space between the emitter and reflector changes.

Claims

Sound velocity meter containing a series-connected discriminator of duration, a switch, an integrator, a frequency-controlled generator, a counter frequency divider and a recorder connected to the output of a controlled generator, a pulse distributor, a series-connected generator of exciting pulses and a pulse limiter, an electro-acoustic transducer with a reflector, an input (output) connected to the input of the pulse limiter, a comparator, an information input connected to the output o pulse limiter, and the output with the first input of the discriminator of duration, the first voltage follower, the input connected to the output of the pulse limiter, the storage capacitor, the second output connected to a common power bus, the first controlled key, the first switching output of which is connected to the output of the first voltage follower, and the second - with the first output of the storage capacitor, the second controlled key, the switching terminals of which are connected in parallel with the conclusions of the storage capacitor, the third control plug-in switch, the first switching output of which is connected to the first output of the storage capacitor, the second voltage follower, the input connected to the second switching output of the third managed key, the voltage attenuator, the input connected to the output of the second voltage follower, and the output to the reference input of the comparator, the first and second RS-flip-flops, delay line, characterized in that the first logical element OR is additionally introduced into the meter circuit, the inputs of which are connected to the first and fifth outputs of the switchgear eating pulses, and the output is with the input of the exciting pulse generator, the second logical element OR, the inputs of which are connected to the inputs of the first OR element, and the output with the strobe input of the comparator, the third logical element OR, the inputs of which are connected to the second and sixth outputs of the pulse distributor and the output - with the second input of the discriminator of duration, the second storage capacitor, the second output of which is connected to the common power bus, the fourth controlled key, the first switching output of which is connected to the output of the first repeat voltage regulator, and the second output with the first output of the second storage capacitor, the fifth controlled key, the switching terminals of which are connected in parallel with the terminals of the second storage capacitor, the sixth controlled key, the first switching output connected to the first output of the second storage capacitor, and the second with the input of the second repeater voltage, the first logical element And, the first input of which is connected to the output of the comparator, and the second - with the direct output of the first RS-trigger, the second delay line, input ohm connected to the output of the first logical element And, and the output to the control input of the second key, the second logical element And, the first input connected to the output of the comparator, the second - with the direct output of the second RS-trigger, and the output through the first delay line connected to the control input of the fifth key, the control inputs of the first and sixth keys are connected to the direct output of the second RS-trigger, and the control inputs of the third and fourth keys are connected to the direct output of the first RS-trigger, the first and second inputs of the second RS-trigger s respectively with the second and fourth outputs of the pulse distributor, and the first and second inputs of the first RS-trigger are connected respectively to the sixth and eighth outputs of the pulse distributor, the read input of the switch is connected to the output of the comparator, and the reflective surface of the reflector is made flat.