Измеритель скорости звука
Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано в гидрофизических исследованиях океана. Целью изобретения является повышение точности измерений. Принцип работы измерителя основан на следящем уравновешивании длительности времени зондирования акустическими колебаниями исследуемой среды длительностью опорного временного интервала. С помощью лротекторного приемного сигнала в измерителе формируется временной интервал, равный паразитному времени задержки информативного сигнала. Указанный временной интервал преобразуется в напряжение, из которого воспроизводится по окончании удвоенной длительности выходных импульсов распределитель , формируя тем самым опорный временной интервал. Это позволяет компенсировать паразитное время задержки информативного сигнала, являющееся составляющей времени зондирования акустическими колебаниями исследуемой среды. 2 ил..,-....,. ; со С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931274/28 (22) 23.04.91 (46) 23.02.93. Бюл. % 7 (71) Научно-производственное объединение . космических исследований (72) А,M.Èçìàéëoa, E.B.Ûèòðoôàíoâà, Н.А.Насибав и А.А.Камилов (56) Патент Великобритании М 1291 481, кл. G 01 Н 5/00, 1972. Авторское свидетельство СССР М 1 591626, кл. G 01 Н 5/00, 1990. Океанология. 1982, Т.ХХИ. М 5; с.839= 843. («) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЗВУКА (57) Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано в. гидрофизических исследованиях океана, Целью изобретения является повышение точности измерений. Принцип работы измеИзобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для измерения скорости распространения звука в жидких средах. Известен измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные генератор, делитель, триггер, возбудитель, приемопередаощий электроакустический преобразователь. усилитель, пороговый детектор, первый и второй фазовые детекторы и коммутатор, переключатель селекторный, логический блок, вентильный пиковый детектор и второй усилитель-компаратор, измеритель амплитуды, индикатор. Принцип работы такого измерителя состоит в сравнении временного интервала „„ Ц„„1796918 А1 2 рителя основан на следящем уравновешивании длительности времени зондирования акустическими колебаниями исследуемой среды длительностью опорного временного интервала. С помощью "протекторного" приемного сигнала а измерителе формируется временной интервал, равный параэитному времени задержки информативного сигнала. Указанный временной интервал преобразуется в напряжение, из которого воспроизводится по oKQH IBHNH gpBopHHoA длительности .выходных импульсов распределитель, формируя тем самым опорный временной интервал. Это позволяет компенсировать паразитное время задержки информатианога сигнала, являющееся составляющей времени зондирования акустическими колебаниями исследуемой среды; 2 ил. зондирования исследуемой среды с времен- о ным интервалом следования семи счетных О, импульсов генератора. Сравнение осущест- О вляют первый ie второй.фазовые детекторы, которые через компаратор подают управля- СО юнее напряй<ение на генератор, изменяя его частоту так, чтобы временной интервал следования его семи импульсов совпадал со временем акустического-зондирования, При атом частота свободных колебаний. генератора пропорциональна скорости звука в среде. Известен йзиерйтель скорости звука, содержащйй последовательно соединен. ные. дискриминатор длительности импульсов, ййтегратор, управляемый на частоте тенератор импульсов, делитель и распреде1796918 4 литель импульсов, формирователь возбуж- RS-триггера, соединенный с 0-входом 0. дающих импульсов,. вход которого подклю- триггера, также подключен к второму входу чен к первому выходу распределителя коммутатора, С-вход D-триггера подсаедиимпульсов, подключенный к выходу форми- нен ко второму выходу распределителя, вырователя возбужда1ощих импульсов, при- 5 ход m которого подключен к R-входу емопередающий пьезоэлектрический RS-триггера, выход управляемого генератопреобразователь с отражателем, компара- ра через кабельный усилитель подключен ко тор, первый вход которого подключен к вторичному измерительному преобразовавыходу пьезоэлектрического преобразо- телю, включающему регистратор. вателя, второй вход компаратора предназ- "0 Недостатком известного измерителя . начен для подключения к источнику является низкая точность обусловленная постоянного напряжения, ключ, первый наличием зоны нечувствительности у дисквходкоторогоподключенквыходукомпара- риминатора и паразитного времени затора, формирователь. корректирующих им- держки информативного сигнала в пульсов, первыйвходкоторогоподключен к 16 электрических цепях и акустических конствыходу ключа, первый выход формироватв- руктивных элементах. ля: корректирующих импульсов соединен с Цель изобретения — повышение точно- : первъ1м входом дискриминаторад6ительно- сти измерения посредством компенсации сти импульсов, подключенного вторым Вхо- паразитного времени задержки информадом к выходу ждущего мультивибратора, Ы тивногосигнала вприемномтрактеиэмери-. вхад которого соединен с выходом первого теля. элемента ИЛИ, входы которого подключены Поставленная цель достигается тем; что соответственноктретьемуипятомувыходам иэмеритель скорости звука, содержащий распределителя импульсов, входы второго " последовательно электроакустически .соеэлемента ИЛИ подключены соответственно 2< диненные генератор возбуждающих им-.; к четвертому и шестому выходам распреде- пульсов, акустический преобразователь с лителя ймпульсов, первый и второй входы отражателем, ограничитель импульсов и первото триггера соединены соответствен- компаратор, последовательно соединенные но со вторым и первым выходами распреде- 0-триггера, подключейный прямым и инверлйтеля импульсов, выход первого триггера "- сным выходом к S-и Я-входамсоответственподключен ко второму входу ключа, первые но управляемого ЙЗ-триггера, интегратор, входы второгоитретьеготриггеровподклю- управляемый генератор, делитель частоты, ченйк выходу второго элемента ИЛИ, вто- объедйненный входом с входом регистрарые входы второго и третьего триггеров тора, и распределитель ймпульсов, подклюподключены ко второму выходу фармирава- 5 ченн ый первым" выходой ко входу теля корректирующих импульсов, третий генератора возбуждающих импульсов, ввейход второго триггера подклю ен к первому дены источник тока, первый, второй конденвыходу распределителя импульсов, выход саторы, четыре управляемых ключа, второго триггера соединен со входом уста- RS-триггер, второй компаратар, повториновки "О" распределителя импульсов. тре- 4О тель и второй распределитель импульсов, тий вход третьего триггера предназначен подключеннйй С-входом к выходу первого для подключения s источнику питания, вы- компаратора, выход источника тока соедиход третьего триггера соединен со вторым нен с объединенными информационными Xвходом формирователя корректирующих - входами первого, второго управляемых импульсов.:... 45 ключей, управляющие Y-входы которых подНаиболее близким к заявляемому уст-: ключены соответственно к первому выходу ройству по технической сущности является второго распределителя импульсов и пряизмеритель скорости ультразвука в жидко- мому выходу RS-триггера, соединенного сти, содержащий последовательно электро- - 8-входом со вторым выходом nepsoro рас-. акустически соединенные генератор 5О пределителя импульсов, третий выход котовозбуждающих импульсов, приемопереда- poro подключей к управляющему входу ющий акустический преобразователь, управляемого RS-триггера, четвертый вы огранйчитель импульсов, усилитель, компа- ход первого распределителя импульсов ратор, RS-триггер. О-триггер, коммутатор, подключен ко второму входу второго расинтегратор, управляемый генератор; фор- бб пределителя, объединенному с управляюмирователь, дели ель частоты и распреде- щими входами третьего, четвертого ключей, лит6ль импульсов, первым выходом выходы которых заземлены, выход первого подключенный ко входу генератора возбуж- ключа соединен с первым конденсатором и дающих импульсов и стробирующему вто- объединенными информационным входом рому входу компаратора, выход третьего ключа и входом повторителя, сое5 ... 1796918 6 .диненного вйходам со входом второго ком- :: выход ключа 16 соединен с.конденсатором .. паратора, выходвторогоключасоедйненсо . 21 и объединенными информационным Х- . вторым конденсатором и объединенными: входом ключа 19 и входом потворителя 22, . информзционйым входом четвертого ключа соединенного выходом со. входом второго и вторым входом второго компаратора, вы- 5 компаратор 23;.выход ключа 17 соединен с.— ход которого подключен и объединенным койденсатором 24 и объединенйыми йнфорС-входу D-триггера и R-входу второго RS-:: мациоййым X-входом ключа 20 и вторым триггера, второй выход второго распреде- входом компаратора 23, выход которого лителя подключен к D-входу-О-триггера, подключен к объединенным R-входу. RSвторые выводы первого,:второго кондейса- 10 триггера 18 и C-входу О-трйггера, D-вход торов заземлены.. " .::, ., которого соединен со вторым:выходом рас- ". Достижение поставленной цели связа- пределителя 14, вторые. выводы конденсано с преобразованием в напряжение вре-:торов 21, 24 заземлены. менното интервала, равного паразитному . - Электрические схемй генератора 1 воз- . времейи.задержки информативного сигна- 15: буждающих импульсов, ограничителя 5 им-ла, и последующим воспроизведением t.ro пульсов, интетратора 9, управляемого временного: интервала по окончании удво- генератора 10, а также.конструкцйя акусти-енной длительности выходных импульсов ческого преобразователя 2 приведены.в распределителя.. -: .:: . книге А.Ш.Киясбейли, А,М;Измайлова, Совокупность существенных признаков 20 И.M.Ãóðåâè÷à "частотна-временные ультра.отличительной. части формулы изобретения звуковые расходомеры и счетчики". — M.: предлагаемого измерителя в уровне техни- . Машиностроение, 1984, с.75-88. ки не обнару;кена и проявляет новые свой- Делитель частоты 11 выполнен на микства; что позволяет: сделать. вывод о.. . росхеме 564ИЕ10, распределители 13. 14 "существенности отличий" заявляемого из- 25 импульсов — на микросхемах 56ИЕ9, Регистмерителя. -. .. ": ратором 12 служит частотомер, например, На фиг 1 изображена блок-схема заяв- ЧЗ-34. О-триггер 7, RS-триггер 18.выполне: ляемого устройства;. на фиг.2 — временные, ны на микросхеме 564Т2, управляемый, диаграммы, поясняющие ее работу, . ЯЯ4триггер 8 — на микросхеме 564ТР2, уп- Измеритель скорости звука, блок-схе- 30 равляемые ключи 16, 17, 19, 20 — на микрома которого приведена на фиг.1 содержит схемах 564КТ3. Источник тока 15 последовательно злектроакустичесхи .сое- реализован на транзисторе КТ343А, компа:. диненные генератор 1 возбуждающих им-. раторы 6, 23 и повторитель 22 — на микро . пульсов, акустический преобразователь 2 с схимах 1 40УД6. протектором 3 и отражателем 4; ограничи- 35 . Измеритель скорости звука работает тель 5 импульсов и компаратор 6, последо- . следующим образом. вательно соединенные. О-триггер 7,. Частота f следования импульсов на выподключенный. прямым и инверсным выхо.- ходе управляемого генератора 11 посредстдами к S-и R-входам соответственно управ- вом делителя 11 уменьшается..в k раз и... ляемого RS-триггера 8, интегратор 9,.40 поступает на вход распределителя t3,. имуправляемый генератор 10;делитель11ча- пульсы на выходах микросхемы которого стоты, обьединенный входом со входом ре- представлены на дйаграммах 25-29, фиг.2. гистратора 12, и распределитель 13 .- По переднему фронту импульса (25, импульсов,подключенйыйпервым выходом фиг.2) первого выхода распределителя 13 .ко входу генератора 1, выход компаратора 6 45 генератор 1 формирует импульс 30; возбужсоединен с С-входом второго распределите- дающий акустический. преобразователь 2,. ля 14 импульсов, выход источника t5 тока которыйначинаетизлучатьакустическиекосоединен с обьединенными информацион- - лебания. На выходе ограничителя.5 воэбужными X-входами управляемых ключей 16, дающий импульс преобразуется в импульс 17, управляющие Y-входы которых подклю- 50 31 — 1 фиг.2. Распросраняясь в толще протек- . ченысоответственнокпервомувыходурас- тора 3, акустические колебания частично пределителя 14 и прямому выходу: проходят в исследуемую среду, а частично . RS-триггера 18, соединенного S-входом co . отражаются от границы "протектор 3 — сревторымвыходомраспределителя13,третий да", вследствие различия их акустических выход которого подключен куправляющему 55 импедансов, и возвращаются обратно по . входу управляемого RS-триггера 8, четвер- толще протектора 3 к акустическому преобтый выход распределителя 13 подключен к разователю 2. На выходе ограничителя 5 . R-входу распределителя 14; объединенного при этом формируется "протекторный" прис управляющими У-входами управляемых емный импульс 31-2, фиг.2, Распространяключей 19, 20, выходы которых заземлены, ясь в исследуемой среде, акустические 7 1796918 8 колебания достигают отражатель 4, отража- импульсов (35 и 38, фиг,2),:поступающих на . ются от его поверхйости и возвращаются к .его входы, акустическому:преобразователю 2, где пре- Если передйий фронт импульса 35, йообразуются в электрический импульс ин- ступающего на 0-вход триггера 7, опережаформативного приемного сигйала,: 5 ет" передйий фронт. импульса 38 (как которому. соответствует импульс 31-3, фиг.2 показано на фиг. 2) на его С-входе, О-трйггер на выходе. ограничителя 5, С выхода компа- 7 устанавливается в состояние nor. "1". При ратора.б, нормирующего приемные сигналы этом через RS-триггер .8, управляемый по по форме и амплитуде, импульсы (32, фиг,2) Е-входу импульсом 28, фиг.2, на интегратор : поступают на:С-вход распределителя 14, 10 9 поступает. уровень лог. "1", выходное на; импульсы на выходах микросхемы которого . пряжение последнего (40, фиг.2) возрастаизображены на диаграммах 33-35, фиг.2. ет, что вызывает увеличение частоты f Временной:интервал между передними следования импульсов нэ выходе упфронтами импульсов 33 и 35 представляет равляемого генератора 10 и уменьше- собой. время г„ д зонд зондирования исс- 15 ние длительности гр выходных импульсов ледуемой среды акустическими колебания- распределителя 13, в результате чего пере:ми, Время зондирования складывается из дние импульсы 35 и 38 (фиг,2). будут сблиинформативной составляющей г„, про- жаться, хождения . акустическими колебаниями рас- . Если передний фронт импульса 35 будет стояния 2L в исследуемой среде и 20 отставать от переднего фронта импульса 38, паразитного времени г„,,: задер>кки инфор- Э-триггер 7 будет находиться.s состояниимативного сигнала с конструктивных злемен- "О". На выходе триггера 8 будет также притах акустического преобразователя. "2, сутствовать сигнал лог, "0". Выходное нэ.протектора 3 и электронных блоках .riряжение интегратора 19 будет измерителя:: г,,„д — — г„+ г„„п Ричем 2- > уменьшаться, что вызовет уменьшение часгпз = г1 +iã + гз + z4 +.ги + rr> + ги где . тоты т импульсов на выходе генератора 10 и 4- временная задержка I-ro блока измери- увеличение длительности гри выходных имтеля, 1-номер блока по фиг.1. Временной n>t »«e Распределителя13, вследствиечего интервал между передними фронтами, передние фронты импульсов 38 и 35:сбли-. импульсов 33 и 34 п редставляет собой вре- 30 зятся . В установившемся режиме работы измерителя передние фронты анализируемых Исто ник 15 тока, ключи 16, 19, павто- импульсов 35 и 38 соападУт То бУдет. сви ритель 22 и конденсатор 21 образуют пре- детельстврвать об Уравновешивании вРеобразователь "время г> — напря>кение". В 35 менныхинтервалов г >нди г>, где г>п = " течение"длительности импульса 33., посту- 2 гри+ газ — опоPíûé Р вРеменной интеРпающего-на управляющий V-ьход ключа 16, вал; Учитывая,:что хз>нд = 2 тир + rn3, поток от источника 15 через ключ 16 заряжает лучаем, что в установившемся режиме сокойденсатор?1 до некоторого значения V< блюдается условие напряжения (36, фиг,2), подаваемого через 40 повторитель 22 на первый вход компарато- 2 гри = 2 гис ра 23. По истечении двух длительностей (2гри) пр ч м причеМ. три =-. и гис = —: выходнцх импульсов распределителя 13 rto 45 . С йереднему фронту импульса 27, фиг,2; по- следовательно ступающего на S-вход триггера 18, последний установится в состояние лог, "0", Через ключ 17, управляемый импульсов 27, фиг.2, поступающим с выхода триггера 18, конден- 50 сатор 24 заряжается от источника тока 15 где К вЂ” коэффициент деления частоты дели(39, фиг.2), Когда напряжение 02 на обклад- телем 11; ках конденсатора 24 достигнет значения U, С вЂ” измеряемая скорости звука в иссленакопленного конденсатором 21, сработает дуемой среде компаратор 23 (38, фиг.2). Триггер 18 сбро- L Расстояние между протектором и сится в Состояние lloI "0", заряд конденса- 55 отражателем (фиг.1) измерителя. тора 24 прекратится. При численном равенстве значений К и L, значение частоты f, фикСируемое регистD-триггер 7 анализирует временное ратором 12, численно равно скорости звука взаиморасположение передних фронтов в.исследуемой среде. 1796918 Формула изобретения Измеритель скорости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные управляемый RS-триггер, интегратор, управляемый генератор, делитель частоты, первый распределитель импульсов, генератор возбуждающих импульсов, акустический. преобразователь с отражателем, ограничитель импульсов и первый компаратор. и D-триггер, подключенный прямым и инверсным выходами к(3- и R-еходам соответственно управляемого RS-триггера; а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повйшения точности, он снабжен источни.ком тока, первым и вторым конденсаторами равной емкости, четырьмя управляемыми ключами; RS-триггером, вторым компаратором, повторителем и вторым распределителем импульсов, подключенным С-входом к выходу первого компаратора, выход источника тока соединен с обьединенными информативными Х-входами первого, второго управляемых ключей, управляющие V-входй которых подключены соответственно.к первому выходу второго распределителя импульсов и прямому выходу RS-триггера, соединенного S-входом с вторым выходом первого распределителя импульсов, третий выход которого подключен к управляющему входу управляемого RS-триггера, четвертый,. выход первого распределителя импульсов подключен к R-входу второго распределителя импульсов, объединенному с управляющими входами третьего и четвертого ключей, выходы которых предназначены для заземления, выход первого ключа соединен с первым конденсатором, информатинным входом третьего ключа и входом повторителя, соединенного выходом с первым входом второго. компаратора, выход второго ключа соединен с вторым конденсатором, информативным входом четвертого ключа и вторым входом второго компаратора, выход которого подключен к С-входу 0триггера и Й-входу RS-триггера, второй . выход второго распределителя импульсов подключен к D-входу O-триггера, а вторые выводы первого и второго конденсаторов предназначены для заземления. ю Составитель А.Иэмайлов Редактор Т,Иванова Техред М,Моргентал Корректор С.Юско 3акаэ 644 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государстаенного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раущская наб., 4/В . Производственно-издатеаьскив комбинат "Патент, г. Ужгород, уа.Гагарина. 101
