SU1580181A1 - Способ определени скорости звука в жидких средах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическим измерени м и может быть использовано дл  определени  скорости звука, в частности, в воде при гидрологических исследовани х Мирового океана. Цель изобретени  - расширение области применени  за счет обеспечени  возможности проведени  измерений с движущегос  объекта. В исследуемую среду излучают акустические сигналы при помощи двух антенн. Принимают эхо-сигналы в процессе взаимного перемещени  точек излучени -приема и отражени . Измер ют доплеровкий сдвиг частоты и момент времени, при котором значение коэффициентов авто-и взаимной коррел ции равны между собой, и наход т скорость звука по определенной формуле. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к акустическим измерени м и может быть использовано , в частности, дл  определени  скорости звука в воде при исследовани х Мирового океана о

Цель изобретени  - расширение области применени  за счет обеспечени  возможности проведени  измерений с движущегос  объекта0

На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  осуществлени  способа.

Устройство дл  определени  скорости звука в жидких средах содержит первую 1 и вторую 2 излучающе-приемные антенны, первый 3 и второй 4 приемники , блок 5 задержки передатчик 6, синхронизатор 7, схему 8 сброса, блок 9 измерени  доштеровского сдвига частоты , блок 10 автовзаимокоррел цион

ной обработки, первый блок 11 умножени  и последовательно соединенные регистр 12 пам ти, второй блок 13 умножени , делитель 14 и блок 15 индикации. Выходы блока 5 задержки подключены к входам первой 1 и второй 2 излучающе-приемных антенн и регистра 12 пам ти, входы первого 3 и второго 4 приемников соединены соот- ветственно с выходами первой 1 и второй 2 антенн, выходы первого 3 и второго 4 приемников подключены соответственно к первым и вторым входам блока 9 измерени  доплеровского сдвига частоты и блока 10 автовзаимокор- рел ционной обработки, выходы синхронизатора 7 соединены с входами передатчика 6, схемы 8 сброса, с третьими входами блока 9 измерени  доплеровского сдвига частоты и блока 10

сл

00

автовзаимокоррел ционной обработки и с первым входом блока 5 задержки, выход передатчика 6 подключен к вторым входам блока 5 задержки и второ- го блока 13 умножени  и к четвертому входу блока 9 измерени  доплеров- ского сдвига частоты, первый и второй входы первого блока 11 умножени  соединены соответственно с выхо- дами блока 9 измерени  доплеровского сдвига частоты и блока 10 автовзаимокоррел ционной обработки, а второй и третий входы делител  14 соединены соответственно с выходами схемы 8 сброса и первого блока 11 умножени .

Способ определени  скорости звука основан на следующем.

При перемещении источника и приемника звука относительно отражающей поверхности возникает эффект Доплера . На выходе приемной антенны имеет место эхо-сигнал с частотой, отличающейс  от излучаемой частоты (f) на величину доплеровского сдвига.

f 2fVcosg/c,

а где V - скорость объекта (судна);

О - угол между направлением

излучени  звука и плоскостью излучающе-приемных антенн;

с - скорость звука в среде.

При этом дл  уменьшени  вли ни  изменени  угла 0 используют две при- емно-излучающие антенны с базой S. При ориентации этих антенн по диаметральной плоскости судна курсовую скорость судна (V) определ ют по формуле

VK cb/4fcos9 .

Кроме того, курсова  скорость определ етс  по формуле VK S/4t, где Ј - врем , при котором значение коэффициента автокоррел ции равно значению коэффициента взаимной коррел ции о

Курсовые скорости одного и того же объекта, измеренные доплеровским и автовзаимокоррел ционным методами, равны5 что делает правомерным зависимость

cfg/4fcos 0 - S/4Ј, из которой следует, что

с SfcosS/fgC

Способ определени  скорости звука осуществл ют следующим образом.

При подаче питани  по команде синхронизатора 7 в передатчике 6 формируетс  излучаемый импульс, который через блок 5 задержки, при прмо- щи которого формируетс  угол 9 между направлением излучени  и плоскостью антенн, подаетс  на антенны 1 и 2 (представл ющие собой линейные решетки, состо щие из отдельных преобразователей, питание к которым подаетс  от блока 5 с небольшим сдвигом по фазе). Антенны 1 и 2 излучают звук в сторону отражающей поверхностно Отраженный от грунта сигнал принимают на антенны 1 и 2, с выходов которых сигнал поступает на входы приемников 3 и 4, где эхо-сигналы

привод тс  к виду, приемлемому дл  обработки в блоке 9 (происходит разделение сигналов, усиление, преобразование по частоте и т.д.). В блоке 9 путем сравнени  излучаемой частоты f и принимаемой частоты измер ют допле- ровский сдвиг частоты fa. Во врем  этого цикла работы синхронизатор 7 отключает блок 10. При следующем цикле измерений по команде синхронизатора 7 отключаетс  от обработки эхо- сигналов блок 9, При этом передатчик б формирует излучаемый импульс, поступающий на антенны 1 и 2 без сдвига по фазе (за счет отключени  блока 5 задержки .по команде синхронизатора 7)0

8этом случае угол излучени  & 90° и эхо-сигналы с выходов антенн 1 и 2 через приемники 3 и 4 поступают на входы блока 10. В блоке 10 регистрируют значени  коэффициентов автои взаимной коррел ции, сравнивают их и определ ют врем  % - при котором значение коэффициента автокоррел ции равно значению коэффициента взаимной коррел ции Сигналы с выходов блоков

9и 10 поступают на первый блок 11 умножени , с выхода которого сигнал вида поступает на делитель 14. Одновременно на делитель 14 поступает сигнал вида Sfcos 9, который формируетс  во втором блоке 13 умножени , на входы которого подаютс  масштабный коэффициент, пропорциональный S, частота излучаемого сигнала f с выхода передатчика 6 и cos & с выхода регистра 12 пам ти, вход которого подключен к выходу блока 5 задержки С выхода делител  14 информаци 

о скорости звука в среде поступает на блок 15 индикации

51

При следующем цикле по команде синхронизатора 7 через схему 8 сброса осуществл етс  сброс информации на выходе делител  14, блоке 15 индикации и установка блоков 9 и 10 в исходное состо ние дл  последующих измере ний. Затем цикл измерений, в соответ ствии с режимом работы синхронизатора 7, повтор етс 

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  скорости звука в жидких средах, включающий излучение звука и прием эхо-сигналов после отражени  в исследуемой среде при по мощи не менее чем двух излучающе-при емных антенн, измерение параметров прин тых эхо-сигналов и определение с их учетом скорости звука, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  путем

   10

   801816

   обеспечени  возможности проведени  измерений с движущегос  объекта, излучение и прием звука осуществл ют в процессе взаимного перемещени  то- 5 чек излучени  и отражени  звука, измер ют доплеровский сдвиг fifn частоты эхо-сигналов, регистрируют зависимость от времени коэффициентов авто- и взаимной коррел ции эхо-сигналов и определ ют момент времени Т, при котором значени  этих коэффициентов равны между собой, а скорость звука в исследуемой среде определ ют по формуле

   с Sfcos 6/uf,T,

   Q

   где S - рассто ние между излучающе- приемными антеннами;

   f - частота излучаемого звука;

   0 - угол между направлением излучени  звука и плоскостью излучающе-приемных антенн.

   15

   20