لاگ های داپلر هیدروآکوستیک برای اندازه گیری سرعت جریان. تاخیر نسبی

اصل عملکرد لاگ داپلر هیدروآکوستیک مبتنی بر اثر داپلر است که بر اساس آن با حرکت نسبی منبع یا گیرنده امواج صوتی، فرکانس نوسانات دریافتی نسبت به نوسانات منتشر شده تغییر می کند و این تغییر می کند. که شیفت داپلر نامیده می شود، متناسب با سرعت حرکت نسبی مشخص شده است.

هنگام استفاده از لاگ هیدروآکوستیک داپلر، هم امیتر و هم گیرنده ارتعاش در کشتی قرار دارند. روند شکل گیری تغییر فرکانس داپلر را در نظر بگیرید که در این مورد اتفاق می افتد

نقطه O که در مورد مورد بررسی گیرنده است ثابت است. بنابراین بر اساس نتایج. می توان آن را نوشت

در نقطه، پرتو صدا بدون تغییر فرکانس منعکس می شود و سپس به گیرنده می رود. بنابراین نقطه O را می توان منبع ثابتی در نظر گرفت که امواجی با فرکانس ساطع می کند . فرکانس در گیرنده را می توان با در نظر گرفتن این واقعیت تعیین کرد که اکنون داریم:

این بیان نشان می دهد که در اصل، وابستگی fd به سرعت کشتی غیر خطی است. این یکی از معایب اصلی سیاهههای مربوط به تک تیر است.

خطای مطلق در تعیین تغییر فرکانس داپلر

را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد

بیشتر نشان دهنده خطای نسبی است

وابستگی تغییر فرکانس نوسانات یا طول موج درک شده توسط ناظر، به سرعت منبع نوسانات و ناظر هنگام حرکت نسبت به یکدیگر، اثر داپلر نامیده می شود. .

اثر داپلر برای امواج صوتی را می توان به طور مستقیم مشاهده کرد. هنگامی که منبع صدا و ناظر نزدیک می شوند، این خود را در افزایش تن صدا و بر این اساس، در کاهش تن صدا در هنگام دور شدن نشان می دهد.

اصل عملکرد یک لاگ هیدروآکوستیک بر اساس اثر داپلر و برای اندازه گیری سرعت یک کشتی نسبت به زمین (پایین) به شرح زیر است.

یک آنتن در کف ظرف نصب شده است که به عنوان فرستنده و گیرنده ارتعاشات اولتراسونیک عمل می کند. در جهت پایین، امواج اولتراسونیک با فرکانس f 0 به شکل یک پرتو باریک در زاویه Ө نسبت به صفحه افق منتشر می شود. برای سادگی، فرض می کنیم که زاویه تراش کشتی صفر است، بردار سرعت کشتی با مسیر منطبق است و هیچ حرکت عمودی کشتی وجود ندارد.

طول موج ارتعاشات اولتراسونیک λ در آب تابش شده از یک کشتی متحرک، λ = W/f 0 که در آن W-سرعت حاصل از موج تابشی که از کشتی در جهت پرتو صوت دور می شود.

سرعت دبلیوبا سرعت صوت و بردار سرعت تعیین می شود Vcکشتی به جهت تابش:

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

به دلیل ناهمواری برجستگی پایین، موج صوتی در همه جهات از جمله در جهت آنتن پراکنده می شود. بنابراین، یک سیگنال اکو با طول موج λ از پایین دریافت می شود.

سرعت نزدیک شدن سیگنال اکو W′ =c + VcCOS Ө

در نتیجه، فرکانس نوسانات دریافتی، با در نظر گرفتن معادلات قبلی، می تواند به صورت f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c) نمایش داده شود.

تفاوت بین فرکانس سیگنال اکو که از پایین به آنتن می آید و سیگنال ساطع شده معادله تاخیر داپلر تک پرتو (تغییر داپلر) خواهد بود.

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

اجرای عملی یک تاخیر داپلر تک پرتو با تعدادی از مشکلات همراه است که اصلی ترین آنها غیر خطی بودن وابستگی f d به V cتغییر زاویه Ө

هنگام پاشنه زدن، پیرایش و پایین آمدن، تأثیر مولفه عمودی سرعت کشتی بر سیگنال اندازه گیری شده است. عمق کار کنده های داپلر بین 200 تا 300 متر است. خطای ناشی از تغییر سرعت صوت در آب دریا می تواند به 4 درصد برسد، بنابراین در اکثر طرح های چوب، اقداماتی برای جبران یا در نظر گرفتن تغییرات صورت گرفته است. خطا اصلاح به صورت دستی یا خودکار با توجه به دو پارامتر دمای آب و شوری انجام می شود. دقت قرائت تاخیرهای داپلر حتی در زوایای پاشنه، تریم، رول بسیار زیاد است و از 2 تا 3% تجاوز نمی کند. کل خطا 0.1 - 3٪ است.

14.لاگ داپلر دو پرتو و چند پرتو.

یک راه موثر برای حذف رابطه غیر خطی بین افست فرکانس و سرعت کشتی استفاده از آن است سیستم آنتن دو پرتو، طرح به اصطلاح "Janus" (شکل 8.4). بر اساس این طرح، سیگنال های صوتی در امتداد صفحه قطری کشتی به سمت کمان و عقب در همان زاویه Θo منتشر می شود. فرکانس سیگنال دریافتی توسط پرتو دماغه f2n را می توان با عبارت تعیین کرد f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-فرمول 1). برای سیگنال دریافتی در پرتو عقب، یک عبارت مشابه را به دست می آوریم که Vx*cos Θо را با - Vx*cos Θо جایگزین می کنیم. در نتیجه، دریافت می کنیم: f2k \u003d fo * (1-2Vx * cos Θo / c + 1- 2V²x * cos² Θo / c + ...).-فرمول (2). ما تغییر فرکانس داپلر را به عنوان تفاوت بین فرکانس سیگنال های دریافتی توسط پرتوهای کمان و عقب پیدا می کنیم: fd = f2n- f2k .-فرمول (3).با جایگزینی (3) مقادیر f2н و f2k مطابق با عبارات (1) و (2)، مقدار واقعی تغییر فرکانس داپلر را به دست می آوریم. fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -فرمول (4)، که در آن c سرعت انتشار سیگنال در آب است. اجازه دهید خطاهای نسبی δfd (که با نسبت Δfd/fdl تعیین می شود، که در آن fdl تغییر فرکانس داپلر تاخیری است) و δVx (δVx= ΔVx/Vx) را پیدا کنیم. نتیجه نهایی به نظر می رسد: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- فرمول (5).بنابراین، هنگام استفاده از طرح ژانوس در لاگ داپلر هیدروآکوستیک، یک رابطه خطی با درجه بالایی از دقت بین جابجایی فرکانس داپلر به‌عنوان تفاوت بین سیگنال‌های دریافت شده توسط پرتوهای کمان و سرعت کشتی ارائه می‌شود. معادله تاخیر داپلر دو پرتو Vx \u003d (fd * C * ثانیه Θo) / 4 * fo -فرمول (6)یا Vx= fd/Kv، که در آن Кv=(4* fo* cos Θо)/с - ضریب حساسیت سرعت تاخیر. Kv میزان افزایش تغییر فرکانس داپلر را با افزایش سرعت 1 گره مشخص می کند. در صورت مساوی بودن سایر موارد، داشتن مقدار زیادی از ضریب Kv سودآورتر است، زیرا دقت اندازه گیری سرعت (با همان مقدار خطاهای ابزاری) بیشتر خواهد بود.

ورود به سیستم هیدروآکوستیک

ورود به سیستم هیدروآکوستیک

ورود مطلق، کار بر روی اصل صدای اکو. دقت کافی را در اعماق بیش از 300 متر فراهم می کند. لاگ های داپلر و همبستگی هیدروآکوستیک وجود دارد. عملکرد سیاهههای مربوط به هیدروآکوستیک داپلر بر اساس تغییر در فرکانس سیگنال دریافتی ناشی از حرکت کشتی نسبت به پایین است، لاگ های هیدروآکوستیک همبستگی - بر اساس مقایسه رکورد توپوگرافی پایین به دست آمده توسط دو گیرنده (با یک فرستنده). ) در زیر پایین در صفحه قطری در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند. سرعت با زمان بین به دست آوردن رکوردهای امداد مشابه تعیین می شود.

ادوارت فرهنگ لغت توضیحی دریایی, 2010

در فرهنگ‌های دیگر ببینید "Log Hydroacoustic" چیست:

ورود به سیستم هیدروآکوستیک- GAL Log، بر اساس استفاده از قوانین انتشار امواج صوتی در آب. [… کتابچه راهنمای مترجم فنی

log Hydroacoustic- ایستگاه هیدروآکوستیک برای تعیین سرعت شناور نسبت به بستر دریا و زاویه رانش کشتی. لاگ هیدروآکوستیک را لاگ مطلق نیز می گویند. 2 نوع لاگ هیدروآکوستیک وجود دارد: داپلر و همبستگی. اصل... ... کتاب مرجع دایره المعارف دریایی

ورود به سیستم هیدروآکوستیک- 70. Hydroacoustic log GAL E. Acoustic log Log بر اساس استفاده از قوانین انتشار امواج صوتی در آب منبع: GOST 21063 81: Ship Navigation تجهیزات. اصطلاحات و تعاریف اصلی ...

لاگ هیدروآکوستیک همبستگی- 71 a. لاگ هیدروآکوستیک همبستگی همبستگی HAL لاگ هیدروآکوستیک بر اساس استفاده از تحلیل همبستگی در پردازش سیگنال های هیدروآکوستیک منبع: GOST 21063 81: تجهیزات ناوبری کشتی. ... ... فرهنگ لغت - کتاب مرجع شرایط اسناد هنجاری و فنی

در حال حاضر از لاگ های القایی، هیدرودینامیکی و داپلر رادیویی در کشتی های ناوگان حمل و نقل دریایی استفاده می شود که سرعت را نسبت به آب اندازه گیری می کند.

تاخیر القاییعمل آنها بر اساس خاصیت القای الکترومغناطیسی است. با توجه به این خاصیت، وقتی هادی در میدان مغناطیسی حرکت می کند، e در هادی القا می شود. d.s. متناسب با سرعت حرکت آن.

با کمک آهنربای مخصوص، میدان مغناطیسی زیر ته ظرف ایجاد می شود. حجم آب زیر کف که تحت تاثیر میدان مغناطیسی تاخیر قرار می گیرد را می توان مجموعه ای از هادی های اولیه جریان الکتریکی در نظر گرفت که در آن ها e. d.s.: ارزش چنین e. d.s. به شما امکان می دهد سرعت حرکت کشتی را قضاوت کنید.

لاگ القایی، صرف نظر از راه حل طراحی گره های آن، شامل موارد زیر است:

الکترومغناطیس، کنتاکت های جمع کننده جریان (الکترودها) برای گرفتن سیگنال القا شده در آب؛ یک دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری سیگنال در الکترودها و تبدیل آن به سرعت. دستگاه اصلاحی که خطای روش شناختی سرعت اندازه گیری شده را از بین می برد. یک دستگاه محاسبه برای تولید مسافت طی شده توسط کشتی. یک دستگاه پخش برای انتقال داده ها در مورد سرعت و مسافت طی شده به تکرار کننده ها و اتوماسیون کشتی.

سیاهههای القایی IEL-2 و IEL-2M که بر روی کشتی های ناوگان دریایی کار می کنند طبق همین طرح ساخته شده اند:

آنها فقط مولفه طولی سرعت نسبی را اندازه می گیرند. هیچ قسمتی از بدنه بیرون زده نیست. کل بخش اندازه گیری و شمارش لاگ های IEL-2 و IEL-2M بر روی عناصر نیمه هادی با حداکثر استفاده از مدارهای مجتمع ساخته شده است. اصل ساخت و ساز عملکردی بلوک، عیب یابی سریع و حذف آنها را با جایگزینی گره های جداگانه (تخته ها) بدون تنظیم بعدی تاخیر فراهم می کند. تاخیر IEL-2M مدرن سازی تاخیر IEL-2 است. در حال حاضر فقط لاگ IEL-2M در حال تولید انبوه است. تاخیر IEL-2 در سال 1980 متوقف شد. تاخیر IEL-2M را می توان بر روی تمام کشتی های دریایی از جمله یخ شکن ها و هیدروفویل ها نصب کرد.

دستورالعمل های عملیاتی به شرح زیر است. با رسوب شدن بدنه کشتی، سیاهههای مربوط به IEL-2 و IEL-2M شروع به خواندن کم تخمینی می کنند. در عین حال، بررسی "صفر کار"، صفر مدار اندازه گیری و مقیاس هیچ تغییری را نشان نمی دهد. برای رفع خطای ناشی از رسوب بدنه، باید مقیاس جدیدی تنظیم کرد. ارزش مقیاس جدید:

که در آن M مقیاس اصلی تنظیم شده است.

Vl سرعت مشاهده شده در طول log است.

Vi - سرعت واقعی کشتی نسبت به پایین در زمان مشاهده.

پس از محاسبه مقیاس جدید، باید تاخیر را به حالت مقیاس بندی تغییر دهید (سوئیچ نوع عملکرد دستگاه 6 را در وضعیت "مقیاس" قرار دهید) و از پتانسیومترهای "مقیاس درشت" و "مقیاس ریز" استفاده کنید. برای تنظیم یک مقدار مقیاس جدید پس از آن، تاخیر را به حالت کار برگردانید. مقدار مقیاس جدید را در فرم ثبت و روی نقشه در دستگاه 6 ثبت کنید. مقیاس جدید را می توان هم در حال حرکت و هم زمانی که کشتی در اسکله و در لنگر است تنظیم کرد.

مدارهای تاخیر IEL-2 و IEL-2M شامل فیلتری است که میانگین قرائت آنها را محاسبه می کند. بنابراین، هنگامی که سرعت کشتی تغییر می کند، گزارش این تغییر را با کمی تاخیر برطرف می کند. فیلترها دارای دو ثابت زمانی هستند که به درخواست ناوبر با یک سوئیچ جابجایی ویژه تنظیم می شوند. توصیه می شود از ثابت اول هنگام قایقرانی در نزدیکی ساحل و در حالت آرام دریا استفاده کنید، ثابت دوم - هنگام قایقرانی در دریای آزاد و در دریاهای سنگین.

تاخیرهای هیدرودینامیکیاصل کار بر اساس اندازه گیری فشار هیدرودینامیکی ایجاد شده توسط فشار سرعت جریان آب ورودی به هنگام حرکت کشتی است.

تصحیح تاخیر هیدرودینامیکی معمولاً ناپایدار است. دلایل اصلی تغییرات آن در هنگام ناوبری عبارتند از رانش کشتی، تریم، رسوب بدنه، شیب و تغییر در تراکم آب دریا با تغییر در ناحیه ناوبری.

تمرین نشان می دهد که بزرگترین خطا در اندازه گیری سرعت ناشی از رانش کشتی است. در زوایای رانش بزرگ، خطا می تواند به 3-4٪ برسد. از تغییر در تریم و رسوب بدنه، خطا از 1-2٪ تجاوز نمی کند. هنگام استفاده از دستگاه دریافت ساقه، خطای رسوب گیری بدنه کشتی به هیچ وجه رخ نمی دهد.

خطاهای دریفت، تریم و رسوب بدنه سیستماتیک هستند. بنابراین، با تعیین مشاهدات، می توان آنها را در آینده هنگام محاسبه در نظر گرفت.

خطای تأخیر ناشی از پیچینگ دوره ای است. هنگام توسعه مسافت طی شده، این خطا یکپارچه می شود و در مورد پیچش متقارن، ناپدید می شود.

خطا (در٪) تاخیر ناشی از تغییر در چگالی آب دریا با تغییر در ناحیه ناوبری را می توان با فرمول محاسبه کرد.

جایی که Dr تغییر در چگالی آب دریا است.

r چگالی آب در ناحیه ناوبری است. بالاترین مقداری که Dv می تواند به آن برسد 1.0-1.5٪ است. هنگام قایقرانی در یک حوضه (بالتیک، سیاه، دریای خزر)، این خطا از 0.5٪ تجاوز نمی کند.

2. تاخیر مطلق.

کنده های مطلق، کنده هایی هستند که سرعت کشتی را نسبت به زمین اندازه گیری می کنند. لاگ‌های مطلق توسعه‌یافته در حال حاضر هیدروآکوستیک هستند و به لاگ‌های داپلر و همبستگی تقسیم می‌شوند.

لاگ های داپلر هیدروآکوستیک (GDL).اصل عملکرد GDL اندازه گیری تغییر فرکانس داپلر سیگنال هیدروآکوستیک با فرکانس بالا است که از کشتی ارسال می شود و از سطح پایین منعکس می شود.

اطلاعات حاصل مولفه های طولی و عرضی سرعت زمین است. GDL به شما اجازه می دهد تا آنها را با خطای 0.1 درصد اندازه گیری کنید. وضوح GDL با دقت بالا 0.01-0.02 گره است.

برای اندازه گیری تنها مولفه طولی سرعت زمین، GDL باید دارای یک آنتن دو پرتو A 1 باشد (پرتوهای 1 و 3 در شکل 4.1). برای اندازه گیری اجزای گام و رول، آنتن باید چهار پرتو باشد، در این مورد از پرتوهای 2 و 4 برای اندازه گیری مولفه عرضی سرعت زمین استفاده می شود. بر اساس مولفه های طولی و عرضی اندازه گیری شده سرعت زمین، لاگ داپلر هیدروآکوستیک به شما امکان می دهد بردار سرعت زمین کشتی را در هر لحظه از زمان و رانش کشتی تحت تأثیر باد و جریان را تعیین کنید.

هنگام نصب یک آنتن دو پرتو اضافی A 2 (نگاه کنید به شکل 4.1)، GDL به شما اجازه می دهد تا حرکت کمان و عقب را نسبت به زمین کنترل کنید، که کنترل یک کشتی با ظرفیت بالا را در هنگام عبور از کانال ها آسان تر می کند. ، در مکان های باریک و هنگام انجام عملیات پهلوگیری.

اکثر GDL های موجود اندازه گیری سرعت مطلق را در اعماق زیر کیل تا 200-300 متر ارائه می دهند. در اعماق بیشتر، log کار نمی کند یا به حالت اندازه گیری سرعت نسبی تغییر می کند، یعنی از یک لایه آب خاص شروع به کار می کند. گزارش نسبی

آنتن های GDL از بدنه کشتی بیرون نمی زند. برای اطمینان از تعویض آنها بدون لنگر انداختن کشتی، آنها را در کلینک ها نصب می کنند.

عناصر پیزوسرامیک به عنوان مبدل های الکتروآکوستیک در آنتن های لاگ داپلر استفاده می شوند.

منابع خطای GDL می تواند به شرح زیر باشد: خطای اندازه گیری فرکانس داپلر. تغییر در سرعت صوت در آب دریا؛ تغییر زوایای شیب پرتوهای آنتن؛ وجود یک جزء عمودی از سرعت کشتی. کل خطای این دلایل برای تاخیرهای مدرن از 0.5٪ تجاوز نمی کند.

تاخیر همبستگیاصل کار ثبت همبستگی هیدروآکوستیک (HCR) اندازه گیری تغییر زمانی بین سیگنال صوتی منعکس شده از زمین است که توسط آنتن هایی که در امتداد بدنه کشتی قرار دارند دریافت می شود (شکل 4.2). سیگنال U 2 (t) دریافت شده توسط آنتن گیرنده عقب شکل سیگنال U 1 (t) دریافت شده توسط آنتن جلویی را با تغییر زمانی t برابر با:

جایی که l فاصله بین آنتن ها است.

V سرعت کشتی است.

تغییر زمانی با پردازش همبستگی سیگنال های دریافتی تعیین می شود. برای این منظور، یک تاخیر زمانی متغیر به مسیر سیگنال آنتن جلویی وارد می‌شود، تابع همبستگی سیگنال‌های پوششی آنتن‌های تنوع محاسبه می‌شود و حداکثر مقادیر آن نظارت می‌شود.

در اعماق تا 200 متر، GKL سرعت را نسبت به زمین اندازه گیری می کند و در عین حال عمق زیر کیل را نشان می دهد. در اعماق زیاد، به طور خودکار به کار نسبت به آب تغییر می کند.

مزایای GKL در رابطه با GDL، استقلال نشانه‌ها از سرعت انتشار صدا در آب و عملکرد قابل اطمینان‌تر در پیچینگ است.