Ультразвуковой глубиномер

Измерение глубины дна акватории или - поиск затонувших предметов возможны с помощью ультразвукового глубиномера, схема и краткое описание которого приводятся ниже.

Принцип действия прибора основан на отражении кратковременных ультразвуковых импульсов от речного или морского дна. При этом измеряется не время прохождения импульсов в толще воды (скорость звука в воде 1500 м/сек), а количество отраженных в единицу времени импульсов. Глубина проникновения ультразвуковых импульсов определяется мощностью излучения и чувствительностью приемного устройства. В описываемом приборе она не превышает 20 м.

Глубиномер состоит из двух частей: магнитострикционного датчика и электронного блока. Магнитострикционный датчик (его устройство показано на рис. 1) представляет собой никелевый стержень 4, закрепленный с помощью медного кольца 1 в корпусе 2. На стержень надет каркас 5 с намотанными на него катушками 3, герметизированный пробковой прокладкой 6. Ультразвуковые колебания (их амплитуда максимальна при резонансе частот) никелевого стержня и пластины 7 передаются водной среде. Чтобы исключить колебания уровня воды в раструбе датчика, он закрыт резиновой мембраной ю толщиной 0,5-0,8 мм, которая удерживается с помощью бандажа 9. При измерениях через отверстие 8 в раструб заливается вода.

Электронный блок (рис. 2) состоит из ультразвукового генератора, собранного на транзисторах T1, Т2, модулятора на транзисторах Т3, Т4, приемника отраженных импульсов Т5-Т8 и стрелочного индикатора, шкала которого калибрована в метрах глубины.

Двухтактный генератор с емкостной обратной связью генерирует ультразвуковые колебания частотой 40 кгц. Нагрузкой генератора служит контур, образованный катушкой L4 (она намотана на замкнутом ферритовом стержне сечением 2 см²) и конденсатором С2. Конкретные данные этих величин в оригинале не приведены. Их подбирают, исходя из измеренной (одним из известных способов) индуктивности возбуждающей обмотки вибратора L1 (1500 витков ПЭЛ 0,35), которая в свою очередь сильно зависит от качества сердечника вибратора. При атом следует иметь в виду, что индуктивность L1 и емкость конденсатора С1 образуют последовательный резонансный контур, согласование которого с контуром генератора производится с помощью катушки связи L3, Количество витков L3 также находят опытным путем. Катушка подмагничивания L2 имеет 3000 витков провода ПЭЛ 0,15, величина ее индукции 0,5 Т. Последовательно с L2 включен дроссель Др1 препятствующий проникновению колебаний ультразвуковой частоты в цепь подмагиичивания. Величина индуктивности дросселя 0,25-0,3 гн.

Мультивибратор (транзисторы Т3, Е4) используется в приборе в качестве модулятора и измерителя частоты. Постоянная времени его базовой цепи 600 мксек. С коллектора Т3 снимаются отрицательные импульсы, управляющие работой ультразвукового генератора. Необходимая величина напряжения импульсов устанавливается переменными резисторами R3, R4. В эту же цепь включен вольтметр постоянного тока с предельным значением 10 В, измеряющий среднее значение напряжения имцульсов. Кроме этого мультивибратор совместно с транзистором Т5, выполняет функции электронного коммутатора, закрывающего вход приемника на время посылки зондирующего импульса и открывающего его при приеме отраженного импульса.

В состав приемника входят усилитель на транзисторах Т6-Т8 и детектор на диоде Д1 Отраженные импульсы, принятые датчиком (при этом используется обратный Магнитострикционный эффект), усиливаются трехкаскадным усилителем, на входе которого включен избирательный контур, настроенный на частоту 40 кГц, детектируются и через конденсатор С16 поступают в базовую цепь транзистора Т4, запуская мультивибратор. Так как число отраженных в единицу времени импульсов зависит от глубины, то при изменении последней меняется частота запуска мультивибратора.

Начальную калибровку прибора производят на известной глубине, равной 3 м. Вибратор погружают в воду и переменными резисторами R4 R6" устанавливают ток, потребляемый генератором, равный 60 ма, Показание вольтметра при этом калибруют отметкой 3 м. Величина тока, потребляемого генератором, должна уменьшаться с увеличением глубины. Максимальной глубине будет соответствовать минимальное отклонение стрелки глубиномера.