Гідрологічний вимірювач швидкості звуку

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения ультразвука в жидкостях и газах, в частности, при проведении гидрофизических исследований морей и океа нов. Цель изобретения - повышение точности измерения. В электроакустическом тракте устройства, содержащем управляемый генератор, электроакусти ческий преобразователь и два отражателя, получают последовательность эхо-сигналов. По времени между эхосигналамн и расстоянию между отражателями судят о скорости распространения ультразвука в исследуемой среде. Иепи коррекции, выполненные из RS-триггеров, коммутатора, интеграторов, распределителя импульсов, дешифратора, делителя частоты и формирователя импульсов, обеспечивают уменьшение погрешности измерений за счет исключения 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. «5 I 1 255871 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения ультразвука в жидкостях и газах, 5 в частности при проведении гидрофизических исследований морей и океанов. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения ошибок, вызванных задержками в элект- 'О роакустическом тракте и изменением акустической базы. На фиг.1 представлена структурная схема гидрологического измерите'5 ля скорости звука; на фиг.2 - функциональная схема синхронного фильтра; на фиг.З -.функциональная схема дешифратора і на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устрой20 ства. Гидрологический измеритель скорости звука содержит (фиг.1) последовательно соединенные управляемый генератор 1, формирователь 2 импульсов, делитель 3 частоты, распредели- ^ тель 4 импульсов, генератор 5 возбуждающих импульсов, ограничитель 6, усилитель 7, компаратор 8 и первый RS-триггер 9, последовательно сое30 диненные коммутатор 10 и интегратор 11, измерительную ячейку 12, связанную с выходом генератора 5 возбуждаю щих импульсов, и подключенные к выходу управляемого генератора 1 после довательно соединенные линию 13 свя- 35 зи и регистратор 14, дешифратор 15, первый, второй и третий входы которо го соединены соответственно с первым вторым и третьим выходами распределителя h импульсов, четвертый вход - 40 с выходом делителя 3 частоты, первый выход - с управляющим входом компара тора 8, второй RS-триггер 16, выход которого соединен с информационным входом коммутатора 10, S-вход - с 45 первым выходом распределителя 4 импульсов, второй выход дешифратора 15 соединен с R-входами первого 9 и второго 16 RS-триггеров, выход первого триггера 9 соединен с уп50 равляющим входом коммутатора 10, и синхронный фильтр 17, вход которого подключен к выходу интегратора 11, выход - к входу управляемого генератора 1, а управляющий вход - к пер - 55 вому выходу дешифратора 15, измерительная ячейка 12 выполнена из электроакустического преобразователя * 18 и первого 19 и второго 20 отражателей, установленных перпендикулярно направлению излучения ультразвуковых колебаний на расстояниях соответственно L,и Ь7 от электроакустического преоСразователя 18, удовлетворяющих соотношениям L ( s.L/2, L z = L, +L (1) где L - расстояние между первым 19 и вторым 20 отражателями. Синхронный фильтр 17 (фиг.2) выполнен из последовательно соединенных ключа 21 и повторителя 22 напряжения и конденсатора 23, соединенного параллельно с входом повторителя 22 напряжения, информационный вход 24 ключа 21 служит входом синхронного фильтра 17, управляющий вход 25 ключа 21 служит управляющим входом сиихронного фильтра 17, а выход 26 повторителя 22 напряжения служит выходом синхронного фильтра 17. Дешифратор 15 (фиг.З) может быть выполнен из последовательно соединенных 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 элемента 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 первым и вторым выходами дешифратора 15. Устройство работает следующим образом. Управляемый генератор 1 генерирует синусоидальный высокочастотный сигнал (-фиг.4а) с частотой Fc , преобразуемый формирователем 2 импульсов в последовательность прямоугольных импульсов (фиг.4б), которая поступает на 'вход делителя 3 частоты, имеющего, коэффициент деления п. Последовательность импульсов (фнг.4в) с выхода делителя 3 частоты подается на вход распределителя 4 импульсов и на четвертый вход дешифратора 15. По фронту импульса (фиг.4г) с первого выхода распределителя 4 импульсов генератор 5 возбуждающих импульсов вырабатывает короткий импульс (фиг.4ж), возбуждающий электроакустический преобразователь 18 измерительной ячейки 12, a RS 255871 4 на S-входе триггера 9. Длительности триггер 16 устанавливается в состояпервого £, и второго ?2 импульсов ние логической единицы (фиг.4м). (фиг.4л) на выходе первого RS-тригЭлектроакустический преобразовагера 9 определяют время интегрирователь 18 излучает в исследуемую среду ультразвуковой импульс. В результате 5 ния интегратора 11 и с учетом (1) отражений излученного импульса от соответствуют выражениям первого 19 и второго 20 отражателей (2) в электроакустическом преобразовате2,5 ле 18 возбуждаются два эхо-сигнала (фиг.4ж). Временной интервал между 10 где T u - период сигнала (фиг.4 в) эхо-сигналами определяется расстояна выходе делителя 3 частоты, нием между отражателями (акустичес'сс(Б, - время прохождения ультракой базой) и скоростью распространезвукового колебания между первым и ния ультразвука в исследуемой среде. вторым отражателями (на базовом рас15 стоянии L ) ; Эхо-сигналы поступают на вход / ьс,от1 - время прохождения ультраусилителя 7 через ограничитель 6, звукового колебания между электропредотвращающий перегрузку входа акустическим преобразователем и перусилителя в момент формирования возвым отражателем (на расстоянии L ( ) . буждающего импульса. После усиления 20 " ^ ~ задержка при подаче между tg эхо-сигналы поступают на информациеймоментами запуска генератора 5 возиый вход компаратора 8, стробируемого буждающих импульсов и излучением импульсом (фиг.4з) с первого выхода акустического импульса электроакустидешифратора 15. Длительность стробическим преобразователем 18', рующего импульса обеспечивает формирование сигналов на выходе компара ,_25 " п - задержка при приеме между ор тора 8 (фиг.4и) только в моменты моментом прихода отраженного акустиприема первого и второго эхо-сигначеского сигнала, возбуждающего электлов. Помехозащищенность компаратора роакустический преобразователь 18, и 8 обеспечивается выбором величины моментом срабатывания первого RSнапряжения на его опорном входе 30 триггера 9} (не показан), заведомо превышающей £ 6 - задержка в волноводе уровень шумов. (не показан) электроакустического преобразователя 18. Последовательности прямоугольных Пара импульсов с первого RS-тригимпульсов, соответствующие первому гера 9 (фиг.4л) поступает на управи второму эхо-сигналам (фиг.4и), 35 ляющий вход коммутатора 10. Информас выхода компаратора 8 поступают ционный вход коммутатора 10 соединен на S-вход первого RS-триггера 9. По с выходом второго RS-триггера 16, фронту первого импульса первой из уровень сигнала на котором (фиг.4м) импульсных последовательностей на S-входе триггера 9 выход последне40 определяет направление интегрирования интегратора 11. Уровень сигнала го устанавливается в состояние погина выходе второго RS-триггера 16 соческой единицы (фиг.4л). Переход ответствует логической единице в тепервого RS-триггера 9 в нулевое сосчение времени между фронтом импульса тояние производится по фронту сигнала (фиг.4к), поступающего на R-вход 45 с первого выхода (фиг,4г) распределителя 4 импульсов и фронтом первого триггера 9 с второго выхода дешифимпульса (фиг.4к) с второго выхода ратора 15. Временное положение этого дешифратора 15 и логическому нулю сигнала (фиг.Дк) определяется импульв остальное время цикла, что, как сами с второго выхода распределителя 4 импульсов (фиг.4д) и последо50 следует из временных диаграмм, определяет формирование на входе интегравательностью импульсов (фиг.4в) частора 11 (выходе коммутатора) пары тотой F c /n с выхода делителя 3 частобиполярных импульсов (фиг.4н) - имты, поступающих соответственно на пульса положительной полярности дли- , второй и четвертый входы дешифратора 55 тельностыо • , и импульса отрицатель£ 15. Аналогично на выходе первого ной полярности длительностью С г RS-триггера 9 формируется импульс (фиг.4л), соответствующий второй имВеличина приращения напряжения пульсной последовательности (фиг.4и) на выходе интегратора 11 (фиг.4о) 1255871 после окончания цикла "заряд-разряд пропорциональна разности длительностей £, и £2 , определяемых выражениями (2) и (3). Напряжение с выхода интегратора 11 через синхронный 5 фильтр 17, управляемый стробирующим сигналом с первого выхода дешифратора 15 (фиг.4з), поступает на управляющий вход управляемого генератора 1 (фиг.4п). 10 Приращение частоты выходного сигнала управляемого генератора 1 пропорционально входному напряжению на его управляющем входе, т.е. пропорционально разности длительностей 15 с,иЪ г у которая, как следует из выражений (2) и (3) равна •* /> - П О