SU1255871A1 - Гидрологический измеритель скорости звука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  скорости распространени  ультразвука в жидкост х и газах, в частности, при проведении гидрофизических исследований морей и океанов . Цель изобретени  - повышение точности измерени . В электроакустическом тракте устройства, содержащем управл емый генератор, электроакустический преобразователь и два отражател , получают последовательность эхо-сигналов. По времени между эхо- сигналами и рассто нию между отражател ми суд т о скорости распространени  ультразвука в исследуемой ере- де. Цепи коррекции-, выполненные из RS-триггеров, коммутатора, интеграторов , распределител  импульсов, дешифратора, делител  частоты и формировател  импульсов, обеспечивают уменьшение погрешности измерений за счет исключени  ошибок, вызванных задержками в элементах электрического и акустического трактов, а также изменением длины акустической базы под воздействием внешних факторов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с € СЛ

Description

«

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  скорости распространени  ультразвука в жидкост х и газах, в частности при проведении гидрофизических исследований морей и океанов .

Цель изобретени  - повьппение точности измерени  за счет исключени  ошибок, вызванньп задержками в электроакустическом тракте и изменением акустической базы.

На фиг.1 представлена структурна  схема гидрологического измерител  скорости звука; на фиг,2 - функциональна  схема синхронного фильтра; на фиг.З --(функциональна  схема деш1фратора на фиг.4 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства .

Гидрологический измеритель скорости звука содержит (фиг.1) последовательно соединенные управл емый генератор 1, формирователь 2 импульсов , делитель 3 частоты, распределитель 4 импульсов, генератор 5 возбуждающих импульсов, ограничитель 6, усилитель 7, компаратор| 8 и первый RS-триггер 9, последовательно соединенные коммутатор 10 и интегратор 11, измерительную  чейку 12/ св занную с выходом генератора 5 возбуждаю щих импульсов, и подключенные к выходу управл емого генератора 1 после довательно соединенные линию 13 св зи и регистратор 14, дешифратор 15, первый, второй и третий входы которо го соединены соответственно с первьм вторым и третьим выходами распределител  4 импульсов, четвертый вход - с выходом делител  3 частоты, первый выход - с управл ющим входом компара тора 8, второй RS-триггер 16, выход которого соединен с информационным входом коммутатора 10, S-вход - с первым выходом распределител  4 импульсов , второй выход дешифратора 15 соединен с R-входами первого 9 и второго 16 RS-триггеров, выход первого триггера 9 соединен с управл ющим входом коммутатора 10, и синхронный фильтр 17, вход которого подключен к выходу интегратора 11, выход - к входу управл емого генератора 1, а управл ющий вход - к пер вому выходу дешифратора 15, измерительна   чейка 12 выполнена из электроакустического преобразовател 

558712

18 и первого 19 и второго 20 отражателей , установленных перпендикул рно направлению излучени  ультразвуковых колебаний на рассто ни х соответст- 5 венно L от электроакустического преобразовател  18, удовлетвор ющих соотношени м

L, L/2, L,, L, +L (1) где L - рассто ние между первым 19

О и вторым 20 отражател ми.

Синхронный фильтр 17 (фиг.2) выполнен из последовательно соединенньпс ключа 21 и повторител  22 напр жени  и конденсатора 23, соединенного па15 раллельно с входом повторител  22 напр жени , информационный вход 24 ключа 21 служит входом синхронного фильтра 17, управл ющий вход 25 ключа 21 служит управл ющим входом син20 кронного фильтра 17, а выход 26 повторител  22 напр жени  служит выходом синхронного фильтра 17.

Дешифратор 15 (фиг.З) может быть выполнен из последовательно соединен ных первого элемента И 27, элемента ИЛИ 28 и второго элемента И 29. Первый вход 30 первого элемента И 27, второй 31 и третий 32 входы элемента ИЛИ 28 и второй вход 33 второго эле30 мента И 29 служат соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами дешифратора 15, а выход 34 элемента ИЛИ 28 и выход 35 второго элемента И 29 служат соответственно

35 первым и вторым выходами дешифратора 15.

Устройство работает следующим образом .

40 Управл емый генератор 1 генерирует синусоидальный высокочастотный сигнал (Hr.4a) с частотой F, , преоб- разуемьй формирователем 2 импульсов в последовательность пр моугольных

45 импульсов (фиг.4б), котора  поступает н а вход делител  3 частоты, имеющего , коэффициент делени  п.

Последовательность импульсов .(фкг.4в) с выхода делител  3 частоты

50 подаетс  на вход распределител  4 импульсов и на--четвертый вход дешифратора 15. По фронту импульса, (фиг.4г) с первого выхода распределител  4 импульсов генератор 5 возбуж55 дающих импульсов вырабатывает короткий импульс (фиг.4ж), возбуждающий электроакустический преобразователь 18 измерительной  чейки 12, а RS

триггер 16 устанавливаетс  в состо ние логической единиц. (фиг.4м),

Электроакустический преобразователь 18 излучает в исследуемую среду ультразвуковой импульс. В результате отражений излученного импульса от первого 19 и второго 20 отражателей в электроакустическом преобразователе 18 возбуждаютс  два эхо-сигнала (фиг.Аж). Временной интервал между эхо-сигналами определ етс  рассто нием между отражател ми (акустической базой) и скоростью распространени  ультразвука в исследуемой среде.

Эхо-сигналы поступают на вход усилител  7 через ограничитель 6, предотвращающий перегрузку входа усилител  в момент формировани  возбуждающего импульса. После усилени  эхо-сигналы поступают на информацион ный вход компаратора 8, стробируемог импульсом (фиг.4з) с первого выхода дещифратора 15. Длительность строби- рующего импульса обеспечивает формирование сигналов на выходе компара тора 8 (фиг.4и) только в моменты приема первого и второго эхо-сигналов . Помехозащищенность компаратора 8 обеспечиваетс  выбором величины напр жени  на его опорном входе (не показан), заведомо превьшающей уровень шумов.

Последовательности пр моугольных импульсов, соответствующие первому и второму эхо-сигналам (фиг.4и), с выхода компаратора В поступают на S-вход первого RS-триггера 9. По фронту первого импульса первой из импульсных последовательностей на S-входе триггера 9 вьпсод последнего устанавливаетс  в состо ние логической единицы (фиг.4л). Переход первого RS-триггера 9 в нулевое состо ние производитс  по фронту сигнал ( фиг.4к), поступающего на R-вход триггера 9 с второго выхода дешифратора 15. Временное положение этого сигнала (фиг.4к) определ етс  импульсами с второго выхода распределител  4 импульсов (фиг.4д) и последо- вательностью импульсов (фиг.4в)частотой F(, /п с выхода делител  3 частоты , поступающих соответственно на второй и четвертый входы дешифратора 15. Аналогично на выходе первого RS-триггера 9 формируетс  импульс (фиг.4л), соответствующий второй импульсной последовательности (фиг.4и)

0

5

0

5 0 5

0

5

0

на S-входе триггера 9. Длительности первого Т, и второго t импульсов (фиг.4л) на выходе первого RS-триггера 9 определ ют врем  интегрировани  интегратора 11 и с учетом (1) соответствуют выражени м

г, 1,5 T,-(,.c .2r,.spl (2) t,, 2,5 Т,-(2,,.(,.(3)

где Ту - период сигнала (фиг.4 в) на выходе делител  3 частоты,

т, - врем  прохождени  ультразвукового колебани  между первым и вторым отражател ми (на базовом рас- 5 сто нии L);

врем  прохождени  ультразвукового колебани  между электроакустическим преобразователем и первым отражателем (на рассто нии L,).

cnj - задержка при подаче между моментами запуска генератора 5 возбуждающих импульсов и излучением акустического импульса электроакустическим преобразователем 18,

срр - задержка при приеме моментом прихода отраженного акустического сигнала, возбуждающего электроакустический преобразователь 18, и моментом срабатывани  первого RS- триггера 93

ЬЕ, - задержка в волноводе (не показан) электроакустического преобразовател  18.

Пара импульсов с первого RS-триггера 9 (фиг.4л) поступает на управл ющий вход коммутатора 10. Информационный вход коммутатора 10 соединен с выходом второго RS-триггера 16, уровень сигнала на котором (фиг.4м) определ ет направление интегрировани  интегратора 11. Уровень сигнала на выходе второго RS-триггера 16 соответствует логической единице в течение времени между фронтом импульса с первого выхода (фиг.4г) распредели- тел  4 импульсов и фронтом первого импульса (фиг.4к) с второго выхода де1Ш1фратора 15 и логическому нулю в остальное врем  цикла, что, как следует из временных диаграмм, определ ет формирование на входе интегратора 11 (вьпсоде коммутатора) пары бипол рных импульсов (фиг.4н) - импульса положительной пол рности дли- , тельностью и импульса отрицательной пол рности длительностью Гз

Величина приращени  напр жени  на выходе интегратора 11 (фиг.4о)

после окончани  цикла зар д-разр д пропорциональна разности длительностей 6, и Cj , определ емых выражени ми (2) и (3). Напр жение с выхода интегратора I1 через синхронный фильтр 17, управл емый стробирующим сигналом с первого выхода дешифратора 15 (фиг.4з), поступает на управл ющий вход упра.вл емого генератора 1 (фиг,4п).

Приращение частоты выходного сигнала управл емого генератора 1 пропорционально входному напр жению на его управл ющем входе, т.е. пропорционально разности длительностей с, и 2 9 котора , как следует из выражений (2) и (3) равна

/ / п- f

i-r (- 2 С(6Г U

И зависит от паразитных задержек Lj,p, Sp n og, определ ющих погрешнос измерени  скорости звука.

Функционирование замкнутой автоматической системы направлено па выполнение в установившемс  режиме равенства

(ь-)

с учетом того, что

7 т

(в1 ; с (7) Из выражени  (5) частота выходного сигнала управл емого генератора 1 равна

-jr «)

и при определенных длине L измерительной базы и коэффициенте делени  делител  3 частоты определ етс  только скоростью распространени  звука в исследуемой среде.

Частотный сигнал с выхода управл емого генератора 1 через линию 13 св зи поступает на регистрат ор 14.

Использование изобрегтени  обеспечивает уменьшение погрешности изме- рений га счет исключени  ошибок, выванных задержками в элементах электрического и акустического тракта, а также изменением длины акустической базы под воздействием внешних факторов. При этом сохран етс  вы-- сока  чувствительность, быстродействие и помехозащищенность устройства

Claims (2)

1. Гидрологический измеритель

скорости звука, содержащий последовательно соединенные управл емый

генератор, формирователь импульсов, делитель частоты, распределитель импульсов , генератор возбуждающих импульсов , ограничитель, усилитель, компаратор и первый RS-триггер, последовательно соединенные коммутато и инт.егратор, измерительную  чейку, св занную с выходом генератора возбуждающих импульсов, и подключенные к выходу управл емого генератора, последовательно соединенные линию св зи и регистратор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, он снабжен дешифратором, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым, вторым, и третьим выходами распределител  импульсов, четвертый вход - с выходом делител  частоты, первый выход - с управл ющим входом компаратора , вторым RS-триггером, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, S-вход - с пер- BEiiM выходом распределител  импульсов , второй выход дешифратора соединен с R-входами первого и второго К-Б-триггеров, выход первого RS- триггера соединен с управл ющим входом коммутатора и синхронным фильтром, вход которого подключен к выходу интегратора, выход - к входу управл емого генератора, а управл ющий вход - к первому выходу дешифратора, измерительна   чейка выполнена из электроакустического преобразовател  и первого и второго отражателей, установленных перпендикул рно направлению излучени  ультразвуковых колебаний на рассто ни х L, и Lg от электроакустического преобразовател , удовлетвор юш х

соотнош ени м , 1 L,+L где

L - рассто ние между первым и вторы отражател ми.

2. Измеритель по п.1, отличающийс  тем, что синхронны фильтр выполнен из последовательно соединенных ключа и повторител  напр жени  и конденсатора, соединенного параллельно с входом повторител  напр жени , информационный вход ключа служит входом синхронного фильтра управл ющий вход ключа служит управл ющим , входом синхронного фильтра, а выход повторител  напр жени  служит выходом синхронного фильтра.

2421

фиг.1

ОТ

22

26

Л

Т

77

фиг. 2

сриг. J

Редактор В, Иванова

(№г

Составитель Г. Максимочкин

Техред И.Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 4813/41 Тираж 507 . Подписное ВНШПИ Государственного комитета .СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4./5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4