измеритель скорости звука в жидких средах

Формула изобретения

1. Измеритель скорости звука в жидких средах, содержащий акустический приемопередающий преобразователь и отражатель, жестко закрепленные на одном основании и перпендикулярные основанию, их рабочие поверхности направлены навстречу друг к другу, причем ось диаграммы направленности отражателя совпадает с осью диаграммы направленности приемопередающего преобразователя, а также усилитель мощности, предварительный усилитель, генератор, компаратор, микроконтроллер, датчик температуры и дисплей, причем выход генератора подключен ко входу усилителя мощности, выход которого подключен к акустическому приемопередающему преобразователю и к входу предварительного усилителя, выход которого подключен к входу первого компаратора, а вход генератора соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого подключен к входу дисплея, а первый вход микроконтроллера подключен к датчику температуры, отличающийся тем, что в него введены второй компаратор, мультиплексор, триггер, формирователь строба и шунтирующий ключ, причем первый вход формирователя строба подключен к выходу генератора и к входу усилителя мощности, а выход триггера подключен к второму входу микроконтроллера, третий выход которого подключен к второму входу формирователя строба, к первому входу мультиплексора и к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу мультиплексора, второй вход мультиплексора подключен к выходу первого компаратора, а третий вход мультиплексора подключен к выходу второго компаратора, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя и к входу первого компаратора, выход формирователя строба подключен на управляющий вход шунтирующего ключа, выход которого подключен к выходу усилителя мощности, к входу предварительного усилителя и к акустическому приемопередающему преобразователю.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формы поверхностей акустического приемопередающего преобразователя и отражателя выполнены с возможностью уменьшения коэффициента рассеивания акустической энергии и фокусирования энергии акустических волн на расположенных навстречу друг к другу рабочих поверхностях акустического приемопередающего преобразователя и отражателя соответственно.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор использован с возможностью формирования одиночного импульса.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик температуры прикреплен к основанию.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шунтирующий ключ использован с возможностью шунтирования электрических автоколебательных процессов и гашения напряжения помех на входе предварительного усилителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроакустике, а конкретно к устройствам для измерения скорости звука в текущих жидкостях и в воде, и может быть размещено как на стационарных, так и на подвижных объектах, движущихся с большими скоростями.

Скорость звука в жидких средах - одна из основных акустических характеристик среды, может быть определена непосредственно с помощью специальных приборов.

Известен измеритель скорости звука (ИСЗ), основанный на кольцевом методе измерения частоты следования импульсов, содержащий акустический приемопередающий преобразователь и отражатель, предварительный усилитель, усилитель мощности.

Известный ИСЗ погружается в исследуемую жидкую среду. При подаче напряжения электропитания на ИСЗ схема запуска излучения формирует электрический зондирующий сигнал, поступающий на акустический приемопередающий преобразователь, который формирует акустический зондирующий сигнал. Этот зондирующий сигнал, проходя через жидкую среду, достигает отражателя, отражается от него, достигает акустического приемопередающего преобразователя и преобразуется в электрический сигнал, который усиливается электронной схемой и снова подается на схему запуска излучения, и т.д. Таким образом, в ИСЗ устанавливается так называемый режим автоциркуляции. При этом электрический сигнал проходит путь: предварительный усилитель, электронный ключ, усилитель мощности, акустический приемопередающий преобразователь, далее акустический сигнал проходит в жидкой среде расстояние от акустического приемопередающего преобразователя до отражателя и обратно, преобразуется в электрический сигнал акустическим приемопередающим преобразователем и снова поступает на вход предварительного усилителя и т.д. Мультивибратор перезапускается сигналом от усилителя мощности и служит для поддержания автоколебательного режима при нахождении ИСЗ вне измеряемой жидкой среды (например, на воздухе), либо в случае прерывания акустического сигнала по каким-либо причинам (например, попадания посторонних предметов в жидкую среду между акустическим приемопередающим преобразователем и отражателем). Частота автогенерации (F) зависит от расстояния между акустическим приемопередающим преобразователем и отражателем, от скорости звука в жидкой среде и от задержек в электронной схеме устройства и рассчитана по известной в науке и технике формуле

где F - частота автогенерации, Гц;

V - скорость звука в жидкой среде, м/с;

L - расстояние между акустическим приемопередающим преобразователем и отражателем, м;

t ₃ - временная задержка импульсов в электрических цепях измерителя скорости звука, с.

Выходной триггер делит частоту автоциркуляции на 2 и подает ее на регистратор. Регистратор по частоте автоциркуляции (F) вычисляет значение скорости звука в жидкой среде (V) (Серавин Г.Н. Измерения скорости звука в океане. - М.: Гидрометеоиздат, 1979. - С.84. - рис.29 г.).

Недостатком этого устройства является наличие временной задержки импульсов в электрических цепях измерителя скорости звука, которая образуется при прохождении сигнала через предварительный усилитель, электронный ключ, усилитель мощности и которая приводит к нелинейной зависимости частоты следования импульсов от скорости звука, что, в конечном счете, вносит погрешность в значение скорости звука, полученную с помощью известного измерителя скорости звука.

Наиболее близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является измеритель скорости звука в жидкой среде, содержащий акустический приемопередающий преобразователь и два отражателя, жестко закрепленные на общем основании с акустическим приемопередающим преобразователем и параллельно ему, перпендикулярно плоскости основания, при этом площадь отражения второго отражателя превышает площадь отражения первого отражателя не менее, чем в два раза. ИСЗ-прототип также содержит усилитель мощности, предварительный усилитель, генератор, генератор строба, компаратор, микроконтроллер, датчик температуры и дисплей (Патент №2244270, (RU); МПК 7 G01H 5/00; приоритет 26.05.2003. Измеритель скорости звука в жидкой среде /Бородин A.M. (RU)// Изобретения. Полезные модели: Оф. бюлл. Роспатента. - М.:ФИПС, 10.01.2005).

Функциональные связи между конструктивными элементами, а также заявленные форма и местоположение двух отражателей в совокупности во время работы ИСЗ-прототипа обеспечивают то, что в схеме поочередно устанавливается автоциркуляция сигналов:

- сначала автоциркуляция по первому отражателю, при которой учитывается время прохождения акустическим сигналом расстояния между акустическим приемопередающим преобразователем и первым отражателем и время задержки прохождения электрического сигнала в схеме устройства;

- затем автоциркуляция по второму отражателю, при которой учитывается время прохождения акустическим сигналом расстояния между акустическим приемопередающим преобразователем и вторым отражателем и время задержки прохождения электрического сигнала в схеме устройства.

Расстояние между первым и вторым отражателями (акустическая база) измерено до начала работы устройства и его величина занесена в память микроконтроллера. После установления процесса автоциркуляции по каждому из отражателей микроконтроллер вычисляет периоды зондирующих импульсов по частотам автоциркуляции по первому и второму отражателю. Из значения периода следования импульсов по частоте автоциркуляции по второму отражателю вычитается значение периода следования импульсов по частоте автоциркуляции по первому отражателю и определяется время прохождения сигнала между отражателями, а затем микроконтроллер вычисляет скорость звука в жидкой среде.

Недостатками этого устройства являются:

1) сложность конструкции, предполагающая наличие двух разных по форме отражателей;

2) низкое быстродействие устройства, т.к. общая длительность времени измерения состоит из трех периодов, или, как минимум, из двух периодов:

а) времени установления автоциркуляции (n циклов) по первому отражателю, в которой время одного цикла автоциркуляции состоит из суммы времен прохождения сигнала по кольцевой схеме, включающей в себя генератор, усилитель мощности, акустический приемопередающий преобразователь, расстояние от акустического приемопередающего преобразователя до первого отражателя, расстояние от первого отражателя до акустического приемопередающего преобразователя, предварительный усилитель, компаратор; далее сигнал с выхода компаратора снова поступает на запуск генератора;

б) времени установления автоциркуляции (n циклов) по второму отражателю, в которой время одного цикла автоциркуляции состоит из суммы времен прохождения сигнала по кольцевой схеме, включающей в себя генератор, усилитель мощности, акустический приемопередающий преобразователь, расстояние от акустического приемопередающего преобразователя до второго отражателя, расстояние от второго отражателя до акустического приемопередающего преобразователя, предварительный усилитель, компаратор; далее сигнал с выхода компаратора снова поступает на запуск генератора;

в) времени расчета микроконтроллером скорости звука в жидкой среде; (расчет скорости звука в жидкой среде может быть совмещен в микроконтроллере по времени с временем установления автоциркуляции по первому отражателю в следующем цикле);

3) низкая точность измерения скорости звука в жидкой среде вследствие того, что:

а) схема подвержена сбоям, происходящим при совпадении (или близком значении) периода частоты автоциркуляции между акустическим приемопередающим преобразователем и одним из отражателей и периода частоты отражений акустического сигнала между акустическим приемопередающим преобразователем и другим отражателем. При этом акустический приемопередающий преобразователь принимает оба акустических сигнала, поступивших как от первого отражателя, так и от второго отражателя; затем оба сигнала, усиленные предварительным усилителем, поступают на компаратор, который включится сначала по пришедшему ранее сигналу, а потом - по пришедшему позднее; при этом, если генератор строба разрешает прохождение сигнала от компаратора на генератор, то генератор включится от первого пришедшего сигнала, который может быть ложным;

б) схема подвержена сбоям, происходящим из-за того, что в общей точке соединения выхода усилителя мощности с входом предварительного усилителя и с акустическим приемопередающим преобразователем возникает сложный электрический сигнал (помеха), содержащий гармоники от принятых акустическим приемопередающим преобразователем акустических сигналов и преобразованных в электрические сигналы, и от затухающего автоколебательного процесса, появляющегося после выдачи на акустический приемопередающий преобразователь электрического зондирующего импульса, в колебательном контуре, состоящем из электрических параметров акустического приемопередающего преобразователя, импеданса выходного каскада усилителя мощности и импеданса входных цепей предварительного усилителя; помехи воспринимаются схемой во время, когда выходной сигнал генератора строба разрешает прохождение сигнала с компаратора на генератор, в результате чего происходит ложное срабатывание генератора; эти сбои электрической схемы искажают измеренный результат и, в конечном счете, искажают расчеты истинного значения скорости звука в жидкой среде;

в) большая временная погрешность срабатывания электрической схемы из-за того, что фронт электрического сигнала от акустического приемопередающего преобразователя, преобразовавшего пришедший от отражателя акустический сигнал, имеет пачку импульсов с нарастающей амплитудой от предыдущего импульса к следующему. Это происходит из-за того, что при излучении на акустический приемопередающий преобразователь выдается сигнал с высокочастотным заполнением (пачка импульсов), а акустический приемопередающий преобразователь, являющийся пьезоэлектрическим преобразователем (имеющим механическую инерционность), формирует в жидкую среду акустические колебания с нарастающей амплитудой. Поэтому сигнал, отраженный от отражателей и принятый акустическим приемопередающим преобразователем, имеет пачку импульсов, в которой каждый следующий сигнал имеет амплитуду по величине большую, чем предыдущий сигнал (до достижения максимума), а такой сигнал, в свою очередь, создает неопределенность при срабатывании компаратора - возможно срабатывание компаратора от одного импульса (например, от второго) в одной пачке, и срабатывание компаратора от другого импульса (например, от третьего) в другой пачке; временная погрешность при срабатывании компаратора искажает период автоциркуляции и, следовательно, искажает истинное значение скорости звука в жидкой среде;

г) низкая точность температурной коррекции значений скорости звука в жидкой среде возникает по той причине, что при использовании ИСЗ-прототипа, размещенного на подвижных объектах, находящихся в жидкой среде в динамических (быстроменяющихся) условиях, датчик температуры измеряет температуру исследуемой среды, а не температуру основания (акустической базы), значение линейного расширения которого входит в температурную поправку для окончательного расчета скорости звука; при быстром перемещении устройства в жидкой среде, имеющей градиент температур, за счет тепловой инерции материала основания температура основания будет меняться более медленнее, чем температура среды; такая температурная коррекция искажает вычисление истинного значения скорости звука в жидкой среде.

Перечисленные недостатки, присущие аналогу и прототипу, устранены в заявляемом техническом решении «Измеритель скорости звука в жидких средах», технической задачей которого являются: упрощение конструкции устройства, повышение быстродействия и точности измерения скорости звука в жидкой среде.

Реализация поставленной технической задачи позволяет достичь следующий технический результат:

- наличие одного отражателя, во-первых, функционально и конструктивно упрощает схему ИСЗ, во-вторых, приводит к уменьшению времени измерения периода автоциркуляции и приближению момента расчета микроконтроллером скорости звука в жидкой среде и, как следствие, к повышению быстродействия устройства;

- второй компаратор настроен на срабатывание по n-му отражению и обеспечивает возможность измерения длительности времени между принятыми акустическим приемопередающим преобразователем первым и n-м отражениями акустических сигналов и преобразованных в электрические сигналы, например, между первым и девятым отражениями, что, в свою очередь, повышает точность измерения скорости звука в жидкой среде;

- триггер фиксирует длительность сигнала времени между первым и n-м отражениями, что обеспечивает фиксирование точной длительности этого времени, используемой для расчета скорости звука в жидкой среде;

- мультиплексор обеспечивает возможность подавать на управляющий вход триггера поочередно сигналы с первого компаратора (первое отражение) или со второго компаратора (n-отражение);

- шунтирующий ключ обеспечивает шунтирование электрических автоколебательных процессов и гашение помех, возникающих в общей точке соединения усилителя мощности, акустического приемопередающего преобразователя, входа предварительного усилителя и шунтирующего ключа; в результате повышается точность измерения из-за снижения уровня помех, искажающих истинное значение скорости звука в жидких средах;

- формирователь строба подключен к выходу генератора и запускается от него для того, чтобы по окончании формирования электрического зондирующего импульса обеспечить включение шунтирующего ключа, выполняющего шунтирование и гашение электрических автоколебательных процессов на входе предварительного усилителя; шунтирующий ключ выключается микропроцессором перед приходом первого отраженного сигнала; уменьшение уровня помех на входе предварительного усилителя увеличивает точность измеренного результата и, в конечном счете, увеличивает точность расчетов истинного значения скорости звука в жидкой среде;

- рабочие поверхности акустического приемопередающего преобразователя и отражателя могут иметь различные формы, уменьшающие коэффициент рассеивания акустической энергии и фокусирующие энергию акустических волн на противоположно расположенных друг относительно друга рабочих поверхностях акустического приемопередающего преобразователя и отражателя соответственно, например сегменты сферической, параболической или цилиндрической поверхностей, что обеспечивает получение большего количества отражений в одном цикле циркуляции акустической энергии и что, в свою очередь, приводит к повышению точности измерения скорости звука в жидкой среде;

- датчик температуры прикреплен к основанию и измеряет температуру материала основания, что позволяет учитывать только линейное расширение материала основания и изменение расстояния между акустическим приемопередающим преобразователем и отражателем и вносить температурные поправки в значение измеренной скорости звука в жидкости, увеличивая точность измерения.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемый «Измеритель скорости звука в жидких средах», содержащий акустический приемопередающий преобразователь, отражатель, жестко закрепленные на одном основании и перпендикулярные основанию, их рабочие поверхности направлены навстречу друг к другу, причем ось диаграммы направленности отражателя совпадает с осью диаграммы направленности приемопередающего преобразователя, а также усилитель мощности, предварительный усилитель, генератор, компаратор, микроконтроллер, датчик температуры и дисплей, причем выход генератора подключен к входу усилителя мощности, выход которого подключен к акустическому приемопередающему преобразователю и к входу предварительного усилителя, выход которого подключен к входу первого компаратора, а вход генератора соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого подключен к входу дисплея, а первый вход микроконтроллера подключен к датчику температуры, дополнительно введены второй компаратор, мультиплексор, триггер, формирователь строба и шунтирующий ключ, причем первый вход формирователя строба подключен к выходу генератора и к входу усилителя мощности, выход триггера подключен к второму входу микроконтроллера, третий выход которого подключен к второму входу формирователя строба, к первому входу мультиплексора и к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу мультиплексора, второй вход которого подключен к выходу первого компаратора, а третий вход мультиплексора подключен к выходу второго компаратора, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя и к входу первого компаратора, а выход формирователя строба подключен на управляющий вход шунтирующего ключа, выход которого подключен к выходу усилителя мощности, входу предварительного усилителя и к акустическому приемопередающему преобразователю.

Кроме того, акустический приемопередающий преобразователь и отражатель жестко закреплены на общем основании и оси их диаграмм направленности совпадают и направлены навстречу друг к другу. Акустический приемопередающий преобразователь и отражатель имеют рабочие поверхности различных форм, уменьшающие коэффициент рассеивания акустической энергии и фокусирующие энергию акустических волн на противоположно расположенных рабочих поверхностях друг относительно друга, например сегменты сферической, параболической или цилиндрической поверхностей.

Датчик температуры прикреплен к основанию.

Генератор использован с возможностью формирования одиночного импульса.

Шунтирующий ключ использован с возможностью шунтирования электрических автоколебательных процессов и гашения напряжения помех на входе предварительного усилителя.

Именно наличие указанных отличительных и дополнительных признаков позволяет достичь указанного технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан измеритель скорости звука в жидких средах. Функциональная схема.

В состав устройства входят:

1 - усилитель мощности;

2 - акустический приемопередающий преобразователь;

3 - отражатель;

4 - основание;

5 - предварительный усилитель;

6 - генератор;

7 - компаратор 1-го отражения (называемый «первый компаратор» или «компаратор 1»);

8 - компаратор n-го отражения (называемый «второй компаратор» или «компаратор 2»);

9 - мультиплексор;

10 - триггер;

11 - формирователь строба;

12 - шунтирующий ключ;

13 - микроконтроллер;

14 - датчик температуры;

15 - дисплей.

Устройство содержит генератор 6, выход которого подключен к входу формирователя строба 11 и к входу усилителя мощности 1, выход которого подключен к выходу шунтирующего ключа 12, акустическому приемопередающему преобразователю 2 и к входу предварительного усилителя 5, выход которого подключен к входу первого компаратора 7 и к входу второго компаратора 8, а вход генератора 6 соединен с первым выходом микроконтроллера 13, второй выход которого подключен к входу дисплея 15, а первый вход микроконтроллера 13 подключен к датчику температуры 14, выход триггера 10 подключен к второму входу микроконтроллера 13, третий выход которого подключен к второму входу формирователя строба 11, к первому входу мультиплексора 9 и к первому входу триггера 10, второй вход которого подключен к выходу мультиплексора 9, второй вход которого подключен к выходу первого компаратора 7, а третий вход мультиплексора 9 подключен к выходу второго компаратора 8, выход формирователя строба 11 подключен к управляющему входу шунтирующего ключа 12, акустический приемопередающий преобразователь 2 и отражатель 3 жестко закреплены на общем основании 4 и их рабочие поверхности направлены навстречу друг к другу, ось диаграммы направленности акустического приемопередающего преобразователя 2 совпадает с осью диаграммы направленности отражателя 3, а датчик температуры 14 прикреплен к основанию 4.

Устройство работает следующим образом.

ИСЗ, подготовленный к измерениям в стационарных условиях, погружается в емкость с жидкой средой, а в натурных условиях, при измерениях в жидких средах, например в воде Мирового океана, ИСЗ укрепляется на подвижный объект, который может двигаться с большой скоростью. Часть конструкции ИСЗ, состоящая из акустического приемопередающего преобразователя и отражателя, закрепленных на общем основании 4, находится в жидкой среде.

Величина расстояния между рабочей поверхностью акустического приемопередающего преобразователя и отражателя, диапазон скорости звука в исследуемой жидкой среде, а также количество отражений (n), принимаемых акустическим приемопередающим преобразователем 2 и учитываемых при расчетах скорости звука в жидкой среде, предварительно введены в микроконтроллер.

При подаче напряжения электропитания на схему ИСЗ микроконтроллер 13 вычисляет (прогнозирует) минимально допустимое время между запускающим импульсом и первым отраженным сигналом, полученным акустическим приемопередающим преобразователем от отражателя 3, затем микроконтроллер 13 формирует запускающий импульс, который поступает на генератор 6. Генератор 6 формирует короткий одиночный импульс, поступающий на вход усилителя мощности 1 и на формирователь строба 11. Усилитель мощности 1 выдает усиленный по мощности одиночный зондирующий электрический импульс на акустический приемопередающий преобразователь 2, который, в свою очередь, формирует в жидкую среду зондирующий акустический импульс. Зондирующий акустический импульс достигает рабочей поверхности отражателя 3 и, отразившись от его поверхности, достигает рабочей поверхности акустического приемопередающего преобразователя 2 и отражается от нее в сторону отражателя 3 и т.д. Таким образом, в жидкой среде между акустическим приемопередающим преобразователем 2 и отражателем 3 устанавливается серия акустических сигналов, убывающих по амплитуде. Принятые акустическим приемопередающим преобразователем 2 акустические сигналы преобразуются в электрические сигналы, которые усиливаются предварительным усилителем 5 и поступают на входы компараторов 7 и 8.

Формирователь строба 11 запускается по окончании запускающего импульса (по заднему фронту сигнала), поступающего от генератора 6. Сигнал с выхода формирователя строба 11 поступает на управляющий вход шунтирующего ключа 12, который включается и шунтирует автоколебательный процесс в общей точке соединения акустического приемопередающего преобразователя 2, усилителя мощности 1, входа предварительного усилителя 5 и шунтирующего ключа 12. Длительность импульса гашения рассчитана при запуске устройства и устанавливается микроконтроллером 13 меньше минимального времени, необходимого для прихода на акустический приемопередающий преобразователь 2 первого отраженного сигнала от отражателя 3.

По истечении определенного минимально допустимого времени, необходимого до прихода первого отраженного сигнала от отражателя 3, микроконтроллер 13 сформирует сигнал, по которому сбрасывается формирователь строба 11 и по которому разрешается мультиплексору 9 пропустить сигнал первого отражения от компаратора 7 на управляющий вход триггера 10.

Сигнал первого отражения с выхода компаратора 7 через мультиплексор 9 поступает на управляющий вход триггера 10 и включает его, сигнал с выхода триггера 10 поступает в микроконтроллер 13. Микроконтроллер 13 измеряет время от выдачи запускающего импульса до включения триггера 10. На основе этого измерения микроконтроллер 13 вычисляет (прогнозирует) минимально возможное оставшееся время до прихода n-го отражения. По истечении этого времени микроконтроллер 13 выключает сигнал строба на третьем выходе, переключая мультиплексор 9 на прохождение сигнала от компаратора 8 и обеспечивая условие для переключения триггера 10 в исходное состояние. По сигналу с выхода компаратора 8 триггер 10 переключится в исходное состояние. Таким образом, на выходе триггера 10 формируется сигнал с длительностью, равной времени между первым и n-отражением.

Микроконтроллер 13 измеряет длительность импульса на выходе триггера 10, вычисляет скорость звука в жидкой среде и выводит ее значение на экран дисплея 15.

Длительность импульса (Т) на выходе триггера 10 зависит от скорости звука в жидкой среде, расстояния между акустическим приемопередающим преобразователем 2, отражателем 3 и количеством (n) поступивших на акустический приемопередающий преобразователь 2 отраженных сигналов.

Скорость звука в воде вычисляется по формуле

,

где V - скорость звука в жидкой среде, м/с;

Т - длительность импульса на выходе триггера 10, с;

L - расстояние между акустическим приемопередающим преобразователем 2 и отражателем 3, м;

n - количество принятых акустическим приемопередающим преобразователем 2 отраженных от отражателя 3 сигналов.

Так как материал основания 4 подвержен линейному расширению вследствие колебания температуры исследуемой жидкой среды, то микроконтроллер 13 получает информацию от датчика температуры 14, вычисляет температуру основания 4 и вводит поправочные коэффициенты в расчеты скорости звука, компенсируя линейное расширение материала основания 4.

Совокупность признаков предлагаемого измерителя скорости звука в жидких средах обеспечивает достижение следующих технических результатов:

- использование акустического приемопередающего преобразователя и одного отражателя (вместо двух в прототипе), закрепленных на общем основании, позволяет упростить конструкцию;

- использование второго компаратора, мультиплексора и триггера обеспечивает уменьшение количества циклов измерения до одного, что позволяет повысить быстродействие устройства;

- использование шунтирующего ключа обеспечивает шунтирование на входе предварительного усилителя электрических автоколебательных процессов и электрических помех, возникающих после завершения зондирующего электрического импульса, что увеличивает точность измерения скорости звука в жидких средах;

- применение акустического приемопередающего преобразователя и отражателя с формами рабочих поверхностей, обеспечивающих наименьшее рассеивание энергии акустических сигналов при их отражении и фокусирующих энергию акустических волн на противоположно расположенные рабочие поверхности акустического приемопередающего преобразователя и отражателя соответственно (сегмент сферы, параболы, цилиндра), обеспечивает увеличение точности измерения скорости звука в жидких средах;

- применение одиночного электрического зондирующего импульса, подаваемого на акустический приемопередающий преобразователь, обеспечивает увеличение точности измерения скорости звука в жидких средах;

- блокировка микропроцессором входа триггера на время, меньшее, чем время до прихода n-го отражения, и большее, чем время прихода предыдущего (n-1) отражения обеспечивает увеличение точности измерения скорости звука в жидких средах;

- крепление датчика температуры на основание акустической базы обеспечивает увеличение точности измерения скорости звука в жидких средах в быстроменяющихся температурных условиях.

Предлагаемый ИСЗ позволяет измерять скорость звука в жидких средах как в стационарных условиях, так и при его размещении на подвижных объектах, движущихся в жидких средах на больших скоростях.

Заявляемое устройство промышленно применимо, так как при его изготовлении могут быть использованы широко распространенные устройства и компоненты, такие как:

- усилитель мощности 1 выполнен традиционно [П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. Том 1. Перевод с английского под редакцией к.т.н. М.В.Гальперина. Москва. "Мир", 1983. Рис.2.26];

- акустический приемопередающий преобразователь 2 выполнен на преобразователе ЛЖ3.837.142ТУ (ТГИЮ.3653 52.001 ТУ) (Россия) и представляет собой конструкцию с плоской пьезокерамической пластиной;

- акустический приемопередающий преобразователь 2 установлен на основании 4 таким образом, что его рабочая поверхность направлена в сторону отражателя 3, перпендикулярна основанию; ось диаграммы направленности излучаемых или отраженных от поверхности акустического приемопередающего преобразователя 2 акустических колебаний совпадает с осью диаграммы направленности отраженных акустических волн от рабочей поверхности отражателя 3;

- отражатель 3 выполнен в виде пластины, установленной перпендикулярно основанию 4; форма рабочей поверхности может быть плоской или вогнутой с различным радиусом закругления (сегмент сферы, сегмент параболы, сегмент цилиндрической поверхности);

- основание 4 - жесткая пластина из любого материала;

- предварительный усилитель 5 выполнен на микросхеме МАХ4016 фирмы MAXIM, США;

- генератор 6 выполнен на микросхеме КР1554АГ3 (Россия) и используется как одновибратор в режиме формирования одиночного импульса;

- компараторы 7 и 8 выполнены на микросхемах MAX4016ESA фирмы MAXIM, США;

- мультиплексор 9 выполнен на микросхеме КР1533КП2 (Россия);

- триггер 10 выполнен на микросхеме КР1533ТМ2 (Россия);

- формирователь строба 11 выполнен на микросхеме КР1554АГ3 (Россия);

- шунтирующий ключ 12 выполнен на IGBT-транзисторе IRLD110 фирмы Intemashional Rectifier, США;

- микроконтроллер 13 выполнен на микросхеме АТ89С2051 фирмы Atmel, США;

- датчик температуры 14 имеет частотный выход и выполнен на микросхеме ТМР04 фирмы Analog Devices, США;

- дисплей 15 представляет собой традиционный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).

Заявляемое устройство «Измеритель скорости звука в жидких средах» обладает следующими достоинствами: упрощенной конструкцией, высоким быстродействием, высокой точностью измерения и расчета скорости звука в жидкой среде.