Hüdroakustilised Doppleri logid, mis mõõdavad voolu kiirust. Suhteline mahajäämus

Hüdroakustilise Doppleri logi tööpõhimõte põhineb Doppleri efektil, mille kohaselt helilainete allika või vastuvõtja suhtelise liikumisega muutub vastuvõetavate võnkumiste sagedus väljastatavate suhtes ja see muutus , mida nimetatakse Doppleri nihkeks, on võrdeline määratud suhtelise liikumise kiirusega.

Doppleri hüdroakustilise logi kasutamisel asuvad nii emitter kui ka vibratsiooni vastuvõtja laeval. Mõelge Doppleri sagedusnihke moodustumise protsessile, mis sel juhul toimub

Punkt O, mis vaadeldaval juhul on vastuvõtja, on fikseeritud. Seega tulemuste põhjal. Nii võib kirjutada

Punktis peegeldub helikiir sagedust muutmata ja läheb seejärel vastuvõtjasse. Seetõttu võib O-punkti pidada statsionaarseks allikaks, mis kiirgab sagedusega laineid . Vastuvõtja sagedust saab määrata, võttes arvesse asjaolu, et meil on nüüd:

Avaldis näitab, et põhimõtteliselt on fd sõltuvus laeva kiirusest mittelineaarne. See on ühe tala palgi üks peamisi puudusi.

Absoluutne viga Doppleri sagedusnihke määramisel

saab leida valemi abil

Suunatavam on suhteline viga

Vaatleja poolt tajutava võnkesageduse või lainepikkuse muutumise sõltuvust võnkeallika ja vaatleja kiirusest üksteise suhtes liikumisel nimetatakse Doppleri efektiks. .

Helilainete Doppleri efekti saab otse jälgida. See väljendub heli tooni suurenemises heliallika ja vaatleja lähenemisel ning vastavalt heli tooni vähenemises eemaldumisel.

Doppleri efektil põhineva ja laeva kiiruse mõõtmiseks maapinna (põhja) suhtes kasutatava hüdroakustilise logi tööpõhimõte on järgmine.

Anuma põhja on paigaldatud antenn, mis toimib ultrahelivibratsiooni saatja ja vastuvõtjana. Põhja suunas kiirgavad ultrahelilained sagedusega f 0 kitsa kiirena horisondi tasapinna suhtes nurga all Ө. Lihtsuse mõttes eeldame, et laeva trimminurk on null, laeva kiirusvektor ühtib kursiga ja laeva vertikaalseid liikumisi ei toimu.

Ultraheli vibratsiooni lainepikkus λ liikuvast anumast kiirgavas vees, λ = W/ f 0 kus W- laevast helikiire suunas eemalduva kiirguslaine tekkiv kiirus.

kiirust W määratakse heli kiiruse ja kiirusvektori projektsiooni järgi Vc laev kiirguse suunas:

W=c – VcCOS Ө1 . Siis λ= (c - VcCOS Ө)/ f 0

Põhjareljeefi ebatasasuse tõttu on helilaine hajutatud igas suunas, ka antenni suunas. Seega võetakse põhjast vastu kajasignaal lainepikkusega λ,

Kajasignaali lähenemiskiirus W′ =c + VcCOS Ө

Selle tulemusena saab vastuvõetud võnkumiste sagedust, võttes arvesse eelnevaid võrrandeid, esitada kujul f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c)

Altpoolt antennile saabunud kajasignaali ja väljastatud signaali sageduste erinevus on ühekiire Doppleri viivituse (Doppleri nihe) võrrand.

f d \u003d f p - f 0 \u003d 2f 0 VcCOS Ө / c

Ühekiire Doppleri viivituse praktiline rakendamine on seotud mitmete raskustega, millest peamised on sõltuvuse f d mittelineaarsus. V c , nurga muutmine Ө

kreenil, trimmimisel ja kallutamisel laeva kiiruse vertikaalkomponendi mõju mõõdetud signaalile. Doppleri palkide töösügavused jäävad vahemikku 200 - 300 m Helikiiruse muutusest tingitud viga merevees võib ulatuda 4%-ni, seetõttu on enamiku palgiprojektide puhul võetud meetmeid, et kompenseerida või arvestada viga. Korrigeerimine toimub käsitsi või automaatselt vastavalt kahele parameetrile: vee temperatuur ja soolsus. Doppleri viivituste näitude täpsus on üsna kõrge isegi kreeni, trimmi, kaldenurkade korral, mitte üle 2–3%. Kogu viga on 0,1 - 3%.

14.Kahe- ja mitmetalalised Doppleri palgid.

Tõhus viis sagedusnihke ja laeva kiiruse vahelise mittelineaarse seose kõrvaldamiseks on kasutada kahe valgusvihuga antennisüsteem, niinimetatud "Janus" skeem (joon. 8.4). Selle skeemi kohaselt väljastatakse helisignaale piki laeva diametraaltasapinda vööri ja ahtri suunas sama nurga Θо all. Ninakiire f2n poolt vastuvõetud signaali sagedust saab määrata avaldise abil f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-Vormel 1). Ahtrikiirel vastuvõetud signaali jaoks saame sarnase avaldise, asendades Vx*cos Θо - Vx*cos Θо. Selle tulemusena saame: f2k \u003d fo * (1-2Vx * cos Θo / c + 1-2V²x * cos² Θo / c + ...).-valem(2). Leiame Doppleri sageduse nihke kui vööri- ja ahtrikiirte poolt vastuvõetud signaalide sageduste erinevust: fd = f2n- f2k .-valem (3). Asendades punktis (3) väärtused f2н ja f2к vastavalt avaldistele (1) ja (2), saame Doppleri sagedusnihke tegeliku väärtuse. fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -valem (4), kus c on signaali levimise kiirus vees. Leiame suhtelised vead δfd (mis määratakse suhtega Δfd/fdl, kus fdl on lag Doppleri sagedusnihe) ja δVx (δVx= ΔVx/Vx). Lõpptulemus näeb välja selline: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- valem (5). Niisiis, kui kasutatakse Januse skeemi hüdroakustilises Doppleri logis, tagatakse lineaarne seos suure täpsusega Doppleri sageduse nihke vahel, mis saadakse vööri ahtri kiirte poolt vastuvõetud signaalide ja laeva kiiruse erinevusena. Kahe kiire Doppleri viivitusvõrrand Vx \u003d (fd * C * sec Θo) / 4 * fo -valem (6), või Vx= fd/Kv, kus Кv=(4* fo* cos Θо)/с - mahajäämuse kiirustundlikkuse koefitsient. Kv iseloomustab Doppleri sageduse nihke suurenemise ulatust kiiruse suurenemisega 1 sõlme võrra. Kui muud asjad on võrdsed, on kasulikum omada suurt Kv koefitsiendi väärtust, kuna kiiruse mõõtmise täpsus (sama instrumentaalvigade väärtusega) on suurem.

hüdroakustiline log

hüdroakustiline log

absoluutne logi, töötab kajaloodi põhimõttel. Tagab piisava täpsuse sügavusel mitte üle 300 m Olemas on Doppleri ja korrelatsiooni hüdroakustilised logid. Doppleri hüdroakustiliste logide tegevus põhineb vastuvõetud signaali sageduse muutusel, mis on põhjustatud laeva liikumisest põhja suhtes, hüdroakustiliste logide korrelatsioonil - kahe vastuvõtja (ühe emitteriga) saadud põhja topograafia rekordi võrdlusel. ), mis asuvad põhja all diametraaltasandil üksteisest teatud kaugusel. Kiirus määratakse sarnaste reljeefsete rekordite saamise vahelise aja järgi.

Edward. Selgitav mereväesõnaraamat, 2010

Vaadake, mis on "Hydroacoustic log" teistes sõnaraamatutes:

hüdroakustiline log- GAL Log, mis põhineb akustiliste lainete levimise seadustel vees. [… Tehnilise tõlkija käsiraamat

HÜDROAKUSTILINE LOG- hüdroakustiline jaam laeva kiiruse merepõhja suhtes ja laeva triivinurga määramiseks. Hüdroakustilist logi nimetatakse ka absoluutseks logiks. Hüdroakustilisi logisid on kahte tüüpi: Doppler ja korrelatsioon. Põhimõte... ... Mereentsüklopeediline teatmeteos

hüdroakustiline log- 70. Hüdroakustiline logi GAL E. Akustiline logi Logi, mis põhineb vees akustiliste lainete levimise seaduste kasutamisel Allikas: GOST 21063 81: Laeva navigatsiooniseadmed. Algsed mõisted ja määratlused ...

Korrelatsiooni hüdroakustiline logi- 71a. Korrelatsiooni hüdroakustiline logi Korrelatsiooni HAL Hüdroakustiline logi, mis põhineb korrelatsioonianalüüsi kasutamisel hüdroakustiliste signaalide töötlemisel Allikas: GOST 21063 81: Laeva navigatsiooniseadmed. ... ... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik

Praegu kasutatakse meretranspordi laevastiku laevadel induktsioon-, hüdrodünaamilisi ja raadio Doppleri logisid, mis mõõdavad kiirust vee suhtes.

Induktsiooni mahajäämused. Nende tegevus põhineb elektromagnetilise induktsiooni omadusel. Selle omaduse järgi indutseeritakse juhis magnetväljas liikumisel e. d.s., võrdeline selle liikumise kiirusega.

Spetsiaalse magneti abil luuakse anuma põhja alla magnetväli. Põhja all olevat vee mahtu, mida mõjutab mahajäämuse magnetväli, võib pidada elektrivoolu elementaarsete juhtide kogumiks, milles e. d.s.: sellise e väärtus. d.s. võimaldab hinnata laeva liikumiskiirust.

Induktsioonilogi, olenemata selle sõlmede konstruktsioonilahendusest, sisaldab:

elektromagnet, voolu koguvad kontaktid (elektroodid) vees indutseeritud signaali vastuvõtmiseks; mõõteseade signaali mõõtmiseks elektroodidel ja selle muundamiseks kiiruseks; parandusseade, mis kõrvaldab mõõdetud kiiruse metoodilise vea; arvutusseade laeva läbitud vahemaa genereerimiseks; ringhäälinguseade kiiruse ja läbitud vahemaa andmete edastamiseks repiiteritele ja laevaautomaatikale.

Laevastiku laevadel käitatavad induktsioonlogid IEL-2 ja IEL-2M on ehitatud sama skeemi järgi:

need mõõdavad ainult suhtelise kiiruse pikikomponenti; ei ole kerest väljapoole ulatuvaid osi. Kogu palkide IEL-2 ja IEL-2M mõõtmis- ja loendusosa on tehtud pooljuhtelementidel, kasutades maksimaalselt integraallülitusi. Plokk-funktsionaalne ehituspõhimõte tagab kiire tõrkeotsingu ja nende kõrvaldamise, asendades üksikud sõlmed (plaadid) ilma hilisema viivituse reguleerimiseta. IEL-2M viivitus on IEL-2 viivituse moderniseerimine. Praegu toodetakse masstoodanguna ainult IEL-2M palki. IEL-2 lag lõpetati aastal 1980. IEL-2M lagi saab paigaldada kõikidele merelaevadele, sealhulgas jäämurdjatele ja tiiburaevadele.

Kasutusjuhised on järgmised. Laeva kere saastumisega hakkavad palgid IEL-2 ja IEL-2M andma alahinnatud näitu. Samal ajal ei näita "töönull", mõõteahela nulli ja skaala kontrollimine mingeid muutusi. Kere määrdumise tõttu tekkinud vea kõrvaldamiseks on vaja seada uus skaala. Uue skaala väärtus:

kus M on algselt määratud skaala;

Vl on vaadeldud kiirus piki logi;

Vi – laeva tegelik kiirus põhja suhtes vaatluse ajal.

Pärast uue skaala arvutamist on vaja viivitus lülitada skaleerimisrežiimi (seadistada seadme töötüübi lüliti 6 asendisse "Skaala") ja kasutada potentsiomeetreid "Jämeskaala" ja "Peenskaala". uue skaala väärtuse määramiseks. Pärast seda viige viivitus tagasi töörežiimi. Salvestage uus mõõtkava väärtus logivormile ja seadmes olevale kaardile 6. Uut mõõtkava saab määrata nii liikumisel kui ka siis, kui alus on kai ääres ja ankrus.

IEL-2 ja IEL-2M viivitusahelad sisaldavad filtrit, mis keskmistab nende näidud. Seega, kui laeva kiirus muutub, fikseerib logi selle muutuse teatud viivitusega. Filtritel on kaks ajakonstanti, mis seatakse navigaatori soovil spetsiaalse lülituslülitiga. Esimest konstanti on soovitatav kasutada ranniku lähedal ja rahulikus mereseisundis sõites, teist konstanti - avamerel ja raskel merel sõitmisel.

Hüdrodünaamilised mahajäämused. Tööpõhimõte põhineb hüdrodünaamilise rõhu mõõtmisel, mis tekib vastutuleva veevoolu kiirusrõhust laeva liikumisel.

Hüdrodünaamilise viivituse korrigeerimine on reeglina ebastabiilne. Selle navigeerimise ajal muutumise peamisteks põhjusteks on laeva triiv, trimm, kere saastumine, kaldenurk ja merevee tiheduse muutused koos navigatsiooniala muutumisega.

Praktika näitab, et suurima vea kiiruse mõõtmisel põhjustab laeva triiv. Suurte triivinurkade korral võib viga ulatuda 3-4% -ni. Alates trimmi muutusest ja kere saastumisest ei ületa viga 1-2%. Varre vastuvõtuseadme kasutamisel ei teki laevakere saastumisest tulenevat viga üldse.

Vead triivimisest, trimmimisest ja kere saastumisest on süstemaatilised. Seega, olles kindlaks tehtud vaatluste põhjal, saab neid edaspidi arvutamisel arvesse võtta.

Pikendamisest tingitud viivituse viga on perioodiline. Läbitud vahemaa arendamisel see viga integreeritakse ja sümmeetrilise kaldenurga korral kaob.

Merevee tiheduse muutusest tingitud mahajäämuse viga (%) koos navigatsiooniala muutusega saab arvutada valemiga

kus Dr on merevee tiheduse muutus;

r on vee tihedus navigatsioonipiirkonnas. Suurim väärtus, mille Dv võib saavutada, on 1,0-1,5%. Ühes basseinis (Läänemere, Must, Kaspia meri) sõites ei ületa see viga 0,5%.

2. Absoluutsed mahajäämused.

Absoluutsed palgid on palgid, mis mõõdavad laeva kiirust maapinna suhtes. Praegu väljatöötatud absoluutlogid on hüdroakustilised ja jagunevad Doppleri- ja korrelatsioonilogideks.

Hüdroakustilised Doppleri logid (GDL). GDL-i tööpõhimõte on mõõta anumast saadetud ja põhjapinnalt peegelduva kõrgsagedusliku hüdroakustilise signaali Doppleri sagedusnihet.

Saadud teave on maakiiruse piki- ja põikikomponendid. GDL võimaldab neid mõõta veaga kuni 0,1%.Kõrgtäpse GDL lahutusvõime on 0,01-0,02 sõlme.

Ainult maakiiruse pikikomponendi mõõtmiseks peab GDL-l olema kahekiireline antenn A 1 (talad 1 ja 3 joonisel 4.1). Piki ja kaldekomponentide mõõtmiseks peab antenn olema neljakiireline, talasid 2 ja 4 kasutatakse sel juhul maakiiruse põikkomponendi mõõtmiseks. Mõõdetud maakiiruse piki- ja põikikomponentide põhjal võimaldab hüdroakustiline Doppleri logi määrata aluse maapinna kiiruse vektori igal ajahetkel ning laeva triivi tuule ja hoovuse mõjul.

Täiendava kahekiirelise antenni A 2 paigaldamisel (vt. joon. 4.1) võimaldab GDL juhtida vööri ja ahtri liikumist maapinna suhtes, mis muudab kanalite kaudu sõites suure mahutavusega laeva juhtimise lihtsamaks. , kitsastes kohtades ja sildumistoimingute tegemisel.

Enamik olemasolevaid GDL-e võimaldab absoluutse kiiruse mõõtmist kiilu all sügavusel kuni 200-300 m. Suurematel sügavustel palk lakkab töötamast või lülitub suhtelise kiiruse mõõtmise režiimile, st hakkab tööle teatud veekihist. suhteline logi.

GDL antennid ei ulatu laevakerest kaugemale. Et tagada nende asendamine ilma laeva dokkimiseta, paigaldatakse need klinkettidesse.

Piesokeraamilisi elemente kasutatakse Doppleri logiantennides elektroakustiliste muunduritena.

GDL vea allikad võivad olla: Doppleri sageduse mõõtmise viga; helikiiruse muutus merevees; antennikiirte kaldenurkade muutmine; laeva kiiruse vertikaalse komponendi olemasolu. Nende põhjuste koguviga tänapäevaste mahajäämuste korral ei ületa 0,5%.

korrelatsiooni mahajäämused. Hüdroakustilise korrelatsioonilogi (HCR) tööpõhimõte on mõõta ajanihet maapinnalt peegelduva akustilise signaali vahel, mis võetakse vastu piki laevakeret paigutatud antennide abil (joonis 4.2). Tagumise vastuvõtuantenni poolt vastuvõetud signaal U 2 (t) kordab esiantenni poolt vastuvõetud signaali U 1 (t) kuju ajanihkega t, mis on võrdne:

kus l on antennide vaheline kaugus;

V on laeva kiirus.

Aja nihe määratakse vastuvõetud signaalide korrelatsioonitöötluse teel. Sel eesmärgil sisestatakse esiantenni signaaliteele muutuv ajaline viivitus, arvutatakse mitmekesisusantennide mähisjoone signaalide ristkorrelatsioonifunktsioon ja jälgitakse selle maksimaalseid väärtusi.

Kuni 200 m sügavusel mõõdab GKL kiirust maapinna suhtes ja näitab samal ajal sügavust kiilu all. Suurel sügavusel lülitub see automaatselt tööle vee suhtes.

GKL-i eelised GDL-i suhtes on näidikute sõltumatus heli levimise kiirusest vees ja usaldusväärsem töö helikõrguses.