聲速計(聲速測量儀):脈衝相位型,工作原理,結構設計,環鳴型,工作原理,結構設計,

聲速計（sound velocimeter）也叫聲速測量儀或聲速儀，是用來測量介質中聲波傳播速度的儀器。工作原理是基於測量聲波通過兩定點間的傳播時間。常採用的方法有相位法和環鳴法等。相位法一般使用連續波，測量固定兩點之間的相位差，再換算成為聲速；環鳴法一般由發射器發射短脈衝，脈衝到達接收器後觸發一次脈衝，利用脈衝重複頻率換算為發射器與接收器之間介質的聲速。

基本介紹

中文名：聲速計
外文名：velociment
別名：聲速測量儀或聲速儀
作用：測量介質中聲波傳播速度
相關領域：物理實驗儀器
相關學科：聲波，物理學

脈衝相位型,工作原理,結構設計,環鳴型,工作原理,結構設計,

脈衝相位型

工作原理

圖（1）為儀器方框圖(不包括電源部分)，脈衝發生器產生一列50kc的電脈衝，加至發射換能器上，使其發射一列重複頻率為50kc的聲脈衝束，經過固定聲程由接收換能器轉變為電信號，經放大，整形得到一列接收脈衝，送至時間比較器。時間比較器輸出的電壓取決於聲在海水中的傳播速度和換能器之間的距離，如果換能器的距離固定不變，則只要測量接收脈衝與發射脈衝的相對時延，即可求得聲速。

圖1儀器方框圖

脈衝波經過固定聲程D所需的時間為：

D為聲程長度，C為聲傳播速度；

然而時間T可以用發射頻率的時標表示，即

其中T₀為發射脈衝周期

n為發射脈衝的整數倍

t為扣除脈衝整數倍後餘下的時間,由(1)(2)式得

對應於不同的聲速為

於是

為了使海中聲速變化範圍(1435~1542米/秒)落在一個量程上，擬定該儀器的聲速測量範圍擴展為1432~1545米/秒，

設C'₁=1432米/秒，對應於t'₁

C'₂=1545米/秒，對應於t'₂

如果發射脈衝的重複頻率為50kc，即T₀為20μs。必須使t'₁-t'₂=T₀=20μs，從而得出聲程的長度。

為了使聲速1432米/秒落在記錄紙 x 座標軸的起始端,必須選擇整數倍的n。

由(4)A式得

選取n=14，則儀器聲程D_測=n·C₁·T₀=40.096厘米。

結構設計

為了有效地減少水下部件的體積，克服海流對聲速測量精度的影響，採用字V字形聲程結構，發射和接收換能器均採用頻率相同的1.5MC的鋯鈦酸鉛陶瓷壓電晶體，從而提高接收的靈敏度，使接收放大器的電路更為簡單，換能器的裝配是用一根銅棒的端面和晶片的內平面硬接觸，並作為換能器的引線，使晶片能在200米深的海水壓力作用下，不至於發生位移或破裂。

為了便於維護和長時間的測量，擬定把水下部件的電源設定在水面讀數裝置，採用四芯電纜傳輸，其分配為，一芯傳輸發射脈衝和深度測量信號連線；一芯傳輸接收脈衝；一芯作為電源連線；一芯當作地線。為了防止輸送到水面讀數裝置的發射脈衝與接收脈衝在長電纜中發生交連，擬定發射脈衝為負脈衝，接收脈衝為正脈衝。送至水面經放大、整形後，收、發脈衝均以負脈衝方式觸發雙穩態，控制測量管的導電時間，使其輸出的平均電流正比於測量的聲速值。

測量管的導通電流的峰值受電源電壓、環境溫度的影響比較大，它直接影響著聲速的測量精度，為此，擬定把測量的常通電流作為聲速測量的滿標校準電流，測量前預先作一校正，使其在短時間內，對儀器測量精度的影響降低至最小數量級。

水面讀數裝置的雙穩態觸發器增加一個-6V的電源，使之能可靠的截止或導通，同時增加二隻加速二極體，提高雙穩態的翻轉速度。

水面讀數裝置和接收放大器的輸出級均採用射極互補管輸出，使輸出波形前後沿較陡，從而提高聲速測量的線性度。為了便於維護，水上部件的電源和讀數裝置均採用外掛程式式結構，水下部件採用“O”型橡皮圈水密，使其結構簡單裝卸方便。