Hidroakustiniai Doplerio žurnalai, matuojantys srovės greitį. Santykiniai atsilikimai

Hidroakustinio Doplerio logo veikimo principas grindžiamas Doplerio efektu, pagal kurį, santykiniam garso bangų šaltinio ar imtuvo judėjimui, gaunamų virpesių dažnis kinta skleidžiamų atžvilgiu, o šis pokytis, vadinamas Doplerio poslinkiu, yra proporcingas nurodyto santykinio judėjimo greičiui.

Naudojant Doplerio hidroakustinį žurnalą, tiek emiteris, tiek vibracijos imtuvas yra laive. Apsvarstykite Doplerio dažnio poslinkio susidarymo procesą, kuris vyksta šiuo atveju

Taškas O, kuris nagrinėjamu atveju yra imtuvas, yra fiksuotas. Taigi, remiantis rezultatais. Taip galima parašyti

Taške garso spindulys atsispindi nekeičiant dažnio, o tada patenka į imtuvą. Todėl O tašką galima laikyti stacionariu šaltiniu, skleidžiančiu bangas su dažniu . Imtuvo dažnį galima nustatyti atsižvelgiant į tai, kad dabar turime:

Išraiška rodo, kad iš esmės fd priklausomybė nuo laivo greičio yra netiesinė. Tai vienas iš pagrindinių vienos sijos rąsto trūkumų.

Absoliuti klaida nustatant Doplerio dažnio poslinkį

galima rasti naudojant formulę

Labiau orientacinė yra santykinė klaida

Svyravimų dažnio arba stebėtojo suvokiamo bangos ilgio kitimo priklausomybė nuo svyravimų šaltinio greičio ir stebėtojo judant vienas kito atžvilgiu, vadinama Doplerio efektu. .

Doplerio efektą garso bangoms galima stebėti tiesiogiai. Tai pasireiškia garso tono padidėjimu, kai garso šaltinis ir stebėtojas artėja, ir atitinkamai garso tono sumažėjimas jiems tolstant.

Hidroakustinio žurnalo, pagrįsto Doplerio efektu ir naudojamo matuoti laivo greitį žemės (dugno) atžvilgiu, veikimo principas yra toks.

Laivo dugne sumontuota antena, kuri atlieka ultragarso virpesių siųstuvo ir imtuvo funkciją. Dugno kryptimi ultragarso bangos, kurių dažnis yra f 0, skleidžiamos siauro pluošto pavidalu kampu Ө į horizonto plokštumą. Paprastumo dėlei darome prielaidą, kad laivo trikampio kampas lygus nuliui, laivo greičio vektorius sutampa su kursu, o vertikalių laivo judesių nėra.

Ultragarso virpesių bangos ilgis λ vandenyje, skleidžiamas iš judančio indo, λ = W/f 0 kur W- susidaręs spinduliuojamos bangos greitis tolstant nuo laivo garso pluošto kryptimi.

greitis W nustatomas pagal garso greitį su ir greičio vektoriaus projekciją Vc išsiųsti spinduliavimo kryptimi:

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

Dėl dugno reljefo nelygumo garso banga yra išsklaidyta visomis kryptimis, taip pat ir antenos kryptimi. Taigi iš apačios bus gautas aido signalas, kurio bangos ilgis λ,

Aido signalo artėjimo greitis W′ =c + VcCOS Ө

Dėl to gaunamų virpesių dažnis, atsižvelgiant į ankstesnes lygtis, gali būti pavaizduotas kaip f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c)

Skirtumas tarp aido signalo, kuris atėjo į anteną iš apačios, ir skleidžiamo signalo dažnių bus vieno spindulio Doplerio atsilikimo (Doplerio poslinkio) lygtis.

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

Praktinis vieno pluošto Doplerio atsilikimo įgyvendinimas yra susijęs su daugybe sunkumų, iš kurių pagrindiniai yra priklausomybės f d netiesiškumas. V c , kampo keitimas Ө

kai pasvirimas, apipjaustymas ir nuolydis – vertikalios laivo greičio dedamosios įtaka išmatuotam signalui. Doplerio rąstų darbiniai gyliai yra 200 - 300 m. Paklaida, kurią sukelia garso greičio kitimas jūros vandenyje, gali siekti 4%, todėl daugumoje rąstų projektų buvo imtasi priemonių paklaidai kompensuoti arba į ją atsižvelgti. Korekcija atliekama rankiniu būdu arba automatiškai pagal du parametrus: vandens temperatūrą ir druskingumą. Doplerio lagų rodmenų tikslumas yra gana didelis net esant kulno, apdailos, ritinėlio kampams, ne didesnis kaip 2 - 3%. Bendra paklaida yra 0,1 - 3%.

14.Dvigubos ir kelių spindulių Doplerio rąstai.

Veiksmingas būdas pašalinti netiesinį dažnio poslinkio ir laivo greičio ryšį yra naudoti dviejų spindulių antenos sistema, vadinamoji „Janus“ schema (8.4 pav.). Pagal šią schemą akustiniai signalai skleidžiami išilgai diametralios laivo plokštumos laivapriekio ir laivagalio link tuo pačiu kampu Θo. Nosies pluošto f2n gaunamo signalo dažnį galima nustatyti pagal išraišką f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-Formulė 1). Signalui, gautam laivagalio spindulyje, gauname panašią išraišką, Vx*cos Θо pakeičiant - Vx*cos Θо. Dėl to gauname: f2k \u003d fo * (1-2Vx * cos Θo / c + 1-2V²x * cos² Θo / c + ...).-formulė(2). Doplerio dažnio poslinkį randame kaip skirtumą tarp laivapriekio ir laivagalio spindulių gaunamų signalų dažnių: fd = f2n- f2k .-formulė (3). Pakeitę (3) reikšmes f2н ir f2к pagal (1) ir (2) išraiškas, gauname tikrąją Doplerio dažnio poslinkio reikšmę. fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -formulė (4), kur c signalo sklidimo vandenyje greitis. Raskime santykines paklaidas δfd (kuris nustatomas pagal santykį Δfd/fdl, kur fdl yra vėlavimo Doplerio dažnio poslinkis) ir δVx (δVx= ΔVx/Vx). Galutinis rezultatas atrodo taip: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- formulė (5). Taigi, naudojant Janus schemą hidroakustiniame Doplerio žurnale, tiesinis ryšys užtikrinamas su dideliu tikslumo laipsniu tarp Doplerio dažnio poslinkio, gauto kaip skirtumo tarp laivapriekio laivagalio spindulių gaunamų signalų ir laivo greičio. Dviejų spindulių Doplerio atsilikimo lygtis Vx \u003d (fd * C * sek Θo) / 4 * fo -formulė (6), arba Vx= fd/Kv, kur Кv=(4* fo* cos Θо)/с - atsilikimo greičio jautrumo koeficientas. Kv apibūdina Doplerio dažnio poslinkio padidėjimo dydį, kai greitis padidėja 1 mazgu. Esant kitoms sąlygoms, naudingiau turėti didelę Kv koeficiento reikšmę, nes greičio matavimo tikslumas (esant tokiai pačiai instrumentinių paklaidų reikšmei) bus didesnis.

hidroakustinis rąstas

hidroakustinis rąstas

absoliutus žurnalas, veikiantis echoloto principu. Užtikrina pakankamą tikslumą gylyje ne didesniame kaip 300 m. Yra Doplerio ir koreliaciniai hidroakustiniai žurnalai. Doplerio hidroakustinių žurnalų veikimas pagrįstas gaunamo signalo dažnio pokyčiu, kurį sukelia laivo judėjimas dugno atžvilgiu, koreliaciniais hidroakustiniais žurnalais - palyginus dugno topografijos įrašą, gautą dviem imtuvais (su vienu emiteriu), esančiu po dugnu diametralinėje plokštumoje tam tikru atstumu vienas nuo kito. Greitis nustatomas pagal laiką tarp panašių reljefo rekordų gavimo.

Edvartas. Aiškinamasis karinio jūrų laivyno žodynas, 2010

Pažiūrėkite, kas yra "Hydroacoustic log" kituose žodynuose:

hidroakustinis rąstas- GAL Log, pagrįsta akustinių bangų sklidimo vandenyje dėsnių taikymu. [… Techninis vertėjo vadovas

HIDROAKUSTINIS ŽURNALAS- hidroakustinė stotis, skirta nustatyti laivo greitį jūros dugno atžvilgiu ir laivo dreifo kampą. Hidroakustinis žurnalas taip pat vadinamas absoliučiu žurnalu. Yra 2 hidroakustinių žurnalų tipai: Doplerio ir koreliacijos. Principas... ... Jūrų enciklopedijos žinynas

hidroakustinis rąstas- 70. Hidroakustinis žurnalas GAL E. Akustinis žurnalas Žurnalas, pagrįstas akustinių bangų sklidimo vandenyje dėsnių taikymu Šaltinis: GOST 21063 81: Laivų navigacijos įranga. Originalūs terminai ir apibrėžimai...

Koreliacijos hidroakustinis žurnalas– 71a. Koreliacijos hidroakustinis žurnalas Koreliacijos HAL Hidroakustinis žurnalas, pagrįstas koreliacinės analizės naudojimu apdorojant hidroakustinius signalus Šaltinis: GOST 21063 81: Laivų navigacijos įranga. Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

Šiuo metu jūrų transporto laivyno laivuose naudojami indukciniai, hidrodinaminiai ir radijo doplerio rąstai, kurie matuoja greitį vandens atžvilgiu.

Indukcijos vėlavimai. Jų veikimas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos savybe. Pagal šią savybę laidininkui judant magnetiniame lauke, laidininke indukuojama e. d.s., proporcingas jo judėjimo greičiui.

Specialaus magneto pagalba po indo dugnu sukuriamas magnetinis laukas. Vandens tūrį po dugnu, kurį veikia atsilikimo magnetinis laukas, galima laikyti elementariųjų elektros srovės laidininkų rinkiniu, kuriame e. d.s.: tokių e. d.s. leidžia spręsti apie laivo judėjimo greitį.

Indukciniame žurnale, neatsižvelgiant į jo mazgų projektinį sprendimą, yra:

elektromagnetas, srovę renkantys kontaktai (elektrodai), skirti vandenyje indukuojamam signalui paimti; matavimo prietaisas signalui prie elektrodų matuoti ir paversti greičiu; korekcinis prietaisas, pašalinantis išmatuoto greičio metodinę paklaidą; skaičiavimo prietaisas laivo nuvažiuotam atstumui generuoti; transliavimo įrenginys, skirtas duomenims apie greitį ir nuvažiuotą atstumą perduoti retransliatoriams ir laivų automatikai.

Indukciniai žurnalai IEL-2 ir IEL-2M, eksploatuojami jūrų laivyno laivuose, yra pastatyti pagal tą pačią schemą:

jie matuoja tik išilginę santykinio greičio dedamąją; nėra jokių dalių, išsikišusių už korpuso. Visa rąstų IEL-2 ir IEL-2M matavimo ir skaičiavimo dalis yra pagaminta ant puslaidininkinių elementų, maksimaliai naudojant integrinius grandynus. Bloko funkcinis konstrukcijos principas užtikrina greitą gedimų šalinimą ir jų pašalinimą pakeičiant atskirus mazgus (plokštes) be vėlesnio vėlavimo reguliavimo. IEL-2M lagas yra IEL-2 lago modernizavimas. Šiuo metu masiškai gaminamas tik IEL-2M rąstas. IEL-2 lagas buvo nutrauktas 1980 m. IEL-2M lagas gali būti montuojamas visuose jūrų laivuose, įskaitant ledlaužius ir povandeninius sparnus.

Naudojimo instrukcijos yra tokios. Užteršus laivo korpusą, rąstai IEL-2 ir IEL-2M pradeda rodyti neįvertintus rodmenis. Tuo pačiu metu patikrinus „darbinį nulį“, matavimo grandinės nulį ir skalę, pokyčių nerodoma. Norint pašalinti klaidą dėl korpuso užteršimo, būtina nustatyti naują skalę. Naujos skalės vertė:

kur M yra iš pradžių nustatyta skalė;

Vl – stebimas greitis išilgai rąsto;

Vi – tikrasis laivo greitis dugno atžvilgiu stebėjimo metu.

Apskaičiavus naują skalę, reikia perjungti vėlavimą į mastelio keitimo režimą (įrenginio 6 veikimo tipo jungiklį nustatyti į padėtį „Skalė“) ir potenciometrais „Grubi skalė“ ir „Smulki skalė“ nustatyti naują skalės reikšmę. Po to grąžinkite atsilikimą į darbo režimą. Įrašykite naują mastelio reikšmę žurnalo formoje ir įrenginyje esančiame žemėlapyje 6. Naują mastelį galima nustatyti tiek judant, tiek laivui stovint prie krantinės ir inkarui.

IEL-2 ir IEL-2M vėlavimo grandinėse yra filtras, kuris vidutiniškai nustato jų rodmenis. Todėl, pasikeitus laivo greičiui, žurnalas šį pokytį fiksuoja su tam tikru delsimu. Filtrai turi dvi laiko konstantas, kurios nustatomos navigatoriaus pageidavimu specialiu perjungimo jungikliu. Pirmąją konstantą rekomenduojama naudoti plaukiant netoli kranto ir ramioje jūros būklėje, antrąją konstantą – plaukiant atviroje jūroje ir sunkioje jūroje.

Hidrodinaminiai atsilikimai. Veikimo principas pagrįstas hidrodinaminio slėgio, susidarančio dėl artėjančio vandens srauto greičio slėgio, kai laivas juda, matavimu.

Hidrodinaminio atsilikimo korekcija, kaip taisyklė, yra nestabili. Pagrindinės jo pokyčių navigacijos metu priežastys yra laivo dreifas, trimitas, korpuso užsiteršimas, nuolydis ir jūros vandens tankio pokyčiai, pasikeitus laivybos zonai.

Praktika rodo, kad didžiausią greičio matavimo paklaidą sukelia laivo dreifas. Esant dideliems dreifo kampams, paklaida gali siekti 3-4%. Pasikeitus apdailai ir korpuso užteršimui, paklaida neviršija 1–2%. Naudojant stiebo priėmimo įtaisą, klaida dėl laivo korpuso užteršimo visiškai neįvyksta.

Klaidos dėl dreifo, apdailos ir korpuso užteršimo yra sistemingos. Todėl, remiantis stebėjimais, į juos galima atsižvelgti ateityje skaičiuojant.

Atsilikimo paklaida dėl tonavimo yra periodinė. Kuriant nuvažiuotą atstumą, ši klaida integruojama ir simetriško žingsnio atveju išnyksta.

Atsilikimo nuo jūros vandens tankio pasikeitimo pasikeitus laivybos zonai paklaidą (%) galima apskaičiuoti pagal formulę

kur Dr yra jūros vandens tankio pokytis;

r – vandens tankis laivybos zonoje. Didžiausia vertė, kurią gali pasiekti Dv, yra 1,0–1,5%. Plaukiant viename baseine (Baltijos, Juodosios, Kaspijos jūros) ši paklaida neviršija 0,5 proc.

2. Absoliutus atsilikimas.

Absoliutiniai rąstai – tai rąstai, matuojantys laivo greitį žemės atžvilgiu. Šiuo metu sukurti absoliutūs žurnalai yra hidroakustiniai ir skirstomi į Doplerio ir koreliacijos žurnalus.

Hidroakustiniai Doplerio žurnalai (GDL). GDL veikimo principas – išmatuoti iš indo siunčiamo ir nuo dugno paviršiaus atspindėto aukšto dažnio hidroakustinio signalo Doplerio dažnio poslinkį.

Gauta informacija yra išilginės ir skersinės važiavimo greičio sudedamosios dalys. GDL leidžia juos išmatuoti su paklaida iki 0,1%.Didelio tikslumo GDL skiriamoji geba yra 0,01-0,02 mazgo.

Norint matuoti tik išilginę važiavimo greičio dedamąją, GDL turi turėti dviejų spindulių anteną A 1 (4.1 pav. 1 ir 3 spinduliai). Norint išmatuoti žingsnio ir posūkio komponentus, antena turi būti keturių spindulių, 2 ir 4 spinduliai šiuo atveju naudojami skersinei važiavimo greičio dedamajai matuoti. Remiantis išmatuotais išilginiais ir skersiniais plaukimo greičio komponentais, hidroakustinis Doplerio žurnalas leidžia nustatyti laivo plaukimo greičio vektorių kiekvienu laiko momentu ir laivo dreifą veikiant vėjui ir srovei.

Įrengiant papildomą dviejų spindulių anteną A 2 (žr. 4.1 pav.), GDL leidžia valdyti laivapriekio ir laivagalio judėjimą žemės atžvilgiu, todėl lengviau valdyti didelės talpos laivą plaukiant kanalais, siaurose vietose ir atliekant švartavimo darbus.

Dauguma esamų GDL užtikrina absoliutaus greičio matavimą gylyje po kiliu iki 200-300 m Didesniame gylyje rąstas nustoja veikti arba persijungia į santykinio greičio matavimo režimą, t.y., pradeda dirbti nuo tam tikro vandens sluoksnio kaip santykinis rąstas.

LDK antenos neišsikiša už laivo korpuso. Siekiant užtikrinti jų pakeitimą be laivo prijungimo prie doko, jie montuojami klinketuose.

Pjezokeraminiai elementai naudojami kaip elektroakustiniai keitikliai Doplerio loginėse antenose.

GDL paklaidos šaltiniai gali būti: Doplerio dažnio matavimo paklaida; garso greičio pasikeitimas jūros vandenyje; antenos spindulių pasvirimo kampų keitimas; vertikalaus laivo greičio komponento buvimas. Bendra paklaida dėl šių priežasčių šiuolaikiniams atsilikimams neviršija 0,5%.

koreliacijos atsilikimai. Hidroakustinės koreliacijos žurnalo (HCR) veikimo principas – matuoti laiko poslinkį tarp nuo žemės atsispindėjusio akustinio signalo, gaunamo antenomis, išdėstytomis išilgai laivo korpuso (4.2 pav.). Signalas U 2 (t), kurį priima galinė priėmimo antena, pakartoja priekinės antenos priimto signalo U 1 (t) formą su laiko poslinkiu t, kuris lygus:

kur l yra atstumas tarp antenų;

V yra laivo greitis.

Laiko poslinkis nustatomas pagal gautų signalų koreliacinį apdorojimą. Šiuo tikslu į priekinės antenos signalo kelią įvedamas kintamas laiko delsimas, apskaičiuojama įvairovės antenų gaubtinių signalų kryžminės koreliacijos funkcija ir stebimos jos didžiausios vertės.

Gylyje iki 200 m GKL matuoja greitį žemės atžvilgiu ir tuo pačiu rodo gylį po kiliu. Esant dideliam gyliui, jis automatiškai persijungia į darbą vandens atžvilgiu.

GKL pranašumai, palyginti su GDL, yra indikacijų nepriklausomumas nuo garso sklidimo vandenyje greičio ir patikimesnis veikimas aukštyje.