Устройство для измерения харак-теристик приповерхностного аэриро-ванного слоя моря

Устройство для измерения харак-теристик приповерхностного аэриро-ванного слоя моря

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1 851255 (61) ???????????????????????????? ?? ??????. ????????-????(22) ???????????????? 030779 (21) 2790812>

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 300781. Бюллетень No 28

Дата опубликования описания 3007.81 ($3) УДК 534.613 (088.8) Э.С. Вайндрук и A.Ï. АлександрЬв

),, - r, t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель с (54) .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИПОВЕРХНОСТНОГО АЭРИРОВАННОГО СЛОЯ МОРЯ

Изобретение относится к исследо. " ваиию поверхностных или граничных свойств материалов, в частности к анализу жидкостей, и может быть использовано в океанологии для дистанционных неконтактных измерений характеристик.приповерхностного аэрированного (пузырькового) слоя моря, играего важную роль в процессах взаимо- 10 действия водных масс и атмосферы, а также представляющего интерес в вопросах гидроакустики.

Известно устройство для исследования приповерхностного аэрированного слоя моря акустическим спосо - 15 бом, содержащее направленную приемно-излучающую ультразвуковую антенну, генератор зондирующих сигналов, усилитель и схему фото- или кинорегистрации электрических сигналов с 20 экрана электроннолучевого осциллографа f,1).

Основными недостатками данного устройства являются невозможность исследования верхней части аэрирован- 25 ного слоя, прилегающего к поверхности моря, из-за отсутствия четкого разделения принятого информационного сигнала на части, соответствующие рассеянию от аэрированного слоя и 30 отражению от морской поверхности, малая эффективность и недостаточная производительность устройства вследствие необходимости частой ручной подрегулировки на экране осциллографа ий ормационных сигналов и амплитуды, длительность и положение на временной оси которых измеряются в больших динамических диапазонах, необходимость громоздкой ручной обработ ки результатов измерения с целью получения количественных характеристик аэрированного слоя и невозможность ввиду этого проведения длительных непрерывных исследований аэрированного слоя моря.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство для измерения характеристик пузырьков газа в приповерхностном слое моря, содержащее приемно-излучающую систему с генератором зондирующих сигналов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации. В качестве генератора зондирующих сигналов используется источник модулированного светового излучения, а приемным устройс вом

851255,служит гидрофон, соединенный с усилителем (2), Однако известное устройство предназначено в основном для измерения локальных характеристик пузырьков в тонком приповерхностном слое моря толщиной несколько сантиметров, прежде всего для измерения объемной концентрации пузырьков в функции их размеров, и не позволяет измерять толщину аэрированного слоя и суммарную рассеивающую силу слоя. Проведение измерений с помощью этого устройства возможно только со стационарных надводных оснований типа морских платформ, причем узлы приемно-излучающей системы размещают как под водой, так и над водой °

Цель изобретения - расщирение диапазона измерений и Функциональных возможностей устройства. указанная цель достигается тем, 20 что в устройство для измерения характеристик цриповерхностного аэрированного слоя моря, содержащее. приемноизлучающую систему, генератор зондирующих сигналов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации, введенй вторая пороговая схема с отличным от первой порогом срабатывания, два измерителя временных интервалов, ждущий мультивибратор и усреднитель, при этом генератор зондирующих сигналов выполнен в виде генератора сдвоенных радиоимпульсов, обе порошковые схемы подключены"собт« ветственно на два входа первог6 иэ о измерителей временных интервалов, .выход которого подсоединен, и схеме регистрации, выход второй пороговой схемы подключен ко входу Второго иэ- 40 мерителя временных интервалов и к ждущему мультивибратору, выход которого подан на управляющий вход схемы временного стробирования, а включенный на ее выходе квадратор соединен 4 со схемой регистрации через усреднитель, к другому входу второго измерителя временных интервалов подключен генератор сдвоенных радиоимпульсов, а выход второго измерителя . временных интервалов соединен со входом регулировки усиления усилителя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Приемно-излучающая система в виде акустической антенны 1, установленной, например, на дне 2 и направленной вертикально к поверхности 3 моря, связана кабельной линией 4 с генератором 5 сдвоенных радиоимпульсов и усилителем 6, выход которого соеди- g) нен .со входами первой пороговой схемы

7, имеющей низкий порог срабатывания, второй пороговой схемы 8 с высоким порогом срабатывания и схемы 9 временного стробирования. Выход второй пороговой схемы 8 соединен с одним иэ входов измерителей 10 и 11 временных интервалов. На второй вход измерителя ll временных интервалов подан выход генератора 5, а выход измерителя

11 соединен со входом регулировки усиления усилителя 6. Выход первой пороговой схемы 7 соединен со вторым входом измерителя. 10 временных интервалов, а выход последнего coeuses со схемой 12 регистрации. Кроме того, выход второй пороговой схемы 8 подсоединен к ждущему мультивибратору 13, выход которого подан на ynpas-, ляющий вход схемы 9 стробирования, а ее выход соединен с квадратором

14, который через усреднитель 15 соединен со схемой 12 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 5 радиоимпульсов вырабатывает пару одинаковых импульсов длительностью каждый Ф с временным сдзигом между нимиФ у под дей ствием которых акустическая антенна

1 вырабатывает зондирующие импульсы

16 и направляет их к морской поверхности. Рассеянные воздушными пузырь« ками в приповерхностном слое 17 и морской поверхностью 3 акустические сигналы принимаются антенной 1, усиливаются и детектируются усилителем 6 и поступают на входы пороговых схем 7 и 8, а также на вход схемы 9 временного стробирования. Пороговая схема 7 имеет относительно низкий порог срабатывания и срабатывает под действием первого отглаженного сигнала в начальной его части, оп,ределяемой рассеянием зондирующего ипульса от нижней границы аэрированного слоя и имеющей невысокий уровень. Пороговая схема 8 имеет относительно высокий порог срабатывания, подобранный таким образом, чтобы невысокий уровень рассеяния ультразвука аэрированным слоем не вызвал срабатывания схемы 8, т.е. чтобы она срабатывала по значительно более высокому уровню отражения непосредственно от морской поверхности °

Таким образом, пороговая схема 8 срабатывает в момент времени, соответствующий отражению первого зондирующего сигнала от морской поверхности. Выходы обеих пороговых схем подключены ко входам измерителя 10 временных интервалов, представляющего собой, например, -триггер с двумя входами, соединенный с преобразователем время-напряжения. Следовательно, измеритель временных интервалов запускается сигналом с пороговой схемы 7 и выключается сигналом с пороговой схемы 8, тем самым фиксируя длительность сигнала Фя„, рассеянного аэрированным слоем. Величинами ау однозначно связана с тол851255 щиной аэрированного слоя а = ф „° С, где С - скорость звука в воде.

На .выходе измерителя временных интервалов образуется напряжение, пропорциональное толщине пуэырькового слоя, которое регистрируется схемой 12 регистрации, выполненной, например, в виде цифрового вольтметра.

Далее сигналом срабатывания, вырабатываевым пороговой схемой 8, запас» кается мультивибратор 13, на выходе t0 которого образуется сигнал некоторой

«длительности Г с в, меньшей длнтелькости Ф, y . Задним фронтом этого csr,нала на определенное времячко открывается схема 9 временного стробированкя. Такки образом, ка выходе этой .схемы возникает напряжение, соответствующее уровню рассеяния второго зондирующего импульса при прохождении его через определенную часть аэрированного слоя. Назначение схемы 20

9 временного стробировакия состоит в том, чтобы выделить в принимаемых сигналах определенный временный уча, сток, соответствующий рассеянию« ультразвука именно той частью авриро- g5 ванного слоя, характеристики которой исследуются. Для этого используется схема зондирования морской поверхности парой импульсов, второй иэ которых запаздывает относительно пер- вого на определенный иктервал времени Сэсц) .

Информация о положении морской поверхности, извлекаемая с помощью пороговой схемы В из первого при° кятого отраженного .сигнала, позво,ляет производить измерения в од ной и той же части аэрированного . слоя, т.е. на одном и том же радстоякии от морской поверхности независи- ® мо от ее положения, существенно меняющегося в результате волнения в процессе многократного зондирования.

Если"С Па неизменно, то как бы.не менялось положение орской поверхно« 45 сти иэ-за волнения в процессе многократного зондирования, измерение уровня рассеяния всякий раз производится ка заданном расстоянии се морской поверхности, так как в пред- 5п лагаемом устройстве интервал стробирования Гст оказывается привязан к положенкю поверхности. Изменив . интервал Тзои, можно переходить к регистрации ур Вня рассеяния в другой 55 части аэрированного слоя.

С выхода схеьы 9 стробирования сигнал поступает на квадратор 14, в котором напряжение сигнала возводится в квадрат, и далее поступает в усреднитель 15, который вырабатыва- 60 ет на выходе напряжение, пропорциональное средней величине квадрата уровня рассеяния в пределах интервала б р, Это напряжение поступает на схему 12 регистрации °

Так как в процессе волнения расстояние от акустической антенны 1 до йорской поверхности 3 может существенно меняться (например на несколько метров), то для повьииения точности измерений и компенсации измерений уровня принимаемых рассеянных сигналов в результате дополнительного затухания ультразвука при его прохождении через толщу воды служит схема регулировки усиления, состоящая иэ измерителя 11 временных интералов, который запускается генератом 5 радиоимпульсов, а выключается сигналом, отраженным от морской поверхности. Таким образом, фиксируемый этим измерителем временный интервал пропорционален расстоянию по поверхности н, следовательно, напряжение на входе регулировки усиления усилителя, подаваемое с выхода измерителя 11« тем больше, чем больше это расстояние. В результате увеличение усиления при возрастании дистанции компенсирует дополнительное ослабление акустических сигналов, вызываемое затуханием звука в воде.

Предлагаемое устройство позволяет измерять характеристики азрнрован— ного слоя дистанционным неконтактным путем без размещения каких-либо узлов в приповерхностном слое, подверженном разрушительному действию морского волнения, что существенно повышает эффективность исследований. С помощью такого устройства можно производить долговременные систематические исследования структуры аэрированного слоя во всем диапазоне гидрометеорологнческик условий, например, измерять крупномасштабные характеристики аэрированного слоя тсищиной до нескольких метров, исследовать вертикальную структуру аэри рованногр слоя помимо объемной концентрации пузырьков в разных частях аэрированного слоя, а также измерять акустическую толщину и суммарную рассеивающую силу слоя.

Формула изобретения

Устройство для измерения характеристик приповерхностного аэрированного слоя моря, содержащее приемноизлучающую систему, генератор зондирующих сигналов, усилитель, соединенные с ним пороговую схему и схему временного стробирования с квадратором на выходе, а также схему регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных воэможностей, в него введены вторая пороговая схема с отличным от первой порогом срабатывания, два измерителя временных интервалов, ждущий мультивибратор и усредннтель, прн этом

851255

Составитель О. Петров

Техред М. Рейвес КорРектоР N. Doao

Редактор М. Митровка

Заказ 6343/62 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. ПрОектная, 4 генератор зондирующих сигналов выполнен в виде генератора сдвоенных радиоимпульсов, обе пороговые схемы подключены соответственно на два входа первого из измерителей временных интервалов, выход которого подсоединен к схеме регистрации, выход второй пороговой схемы подключен ко входу второго измерителя временных интервалов и к ждущему мультивибратору, выход которого подан на управля.ющий вход схемы, временного стробиро- lO вания, а включенный на ее выходе квадратор соединен со схемой регистрации через усреднитель, к другому входу второго измерителя временных интервалов подключен генератор сдвоенных радиоимпульсов, а выход второго измерителя временных интервалов соединен со входом регулировки усиления усилителя °

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Исследования изменчивости гидроФизических полей океана. М., Наука, 1974, с. 122-128.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке в 2781564, кл. G 01 N 29/02, 19.06.79.