Bușteni Doppler hidroacustic care măsoară viteza curentului. Întârzieri relative

Principiul de funcționare al jurnalului Doppler hidroacustic se bazează pe efectul Doppler, conform căruia, odată cu mișcarea relativă a sursei sau receptorului undelor sonore, frecvența oscilațiilor recepționate se modifică în raport cu cele emise, iar această modificare. , numită deplasare Doppler, este proporțională cu viteza mișcării relative specificate.

Când se utilizează un buștean hidroacustic Doppler, atât emițătorul, cât și receptorul de vibrații sunt amplasate pe vas. Luați în considerare procesul de formare a deplasării frecvenței Doppler, care are loc în acest caz

Punctul O, care este receptorul în cazul în cauză, este fix. Deci pe baza rezultatelor. Se poate scrie ca

În acel moment, fasciculul de sunet este reflectat fără a schimba frecvența și apoi merge la receptor. Prin urmare, punctul O poate fi considerat ca o sursă staționară care emite unde cu o frecvență . Frecvența în receptor poate fi determinată ținând cont de faptul că acum avem:

Expresia arată că, în principiu, dependența lui fd de viteza navei este neliniară. Acesta este unul dintre principalele dezavantaje ale unui buștean cu un singur fascicul.

Eroare absolută în determinarea deplasării frecvenței Doppler

poate fi găsit folosind formula

Mai indicativă este eroarea relativă

Dependența modificării frecvenței oscilațiilor sau a lungimii de undă percepută de observator, de viteza sursei de oscilații și a observatorului atunci când se mișcă unul față de celălalt, se numește efect Doppler .

Efectul Doppler pentru undele sonore poate fi observat direct. Se manifestă printr-o creștere a tonusului sunetului atunci când sursa sunetului și observatorul se apropie și, în consecință, printr-o scădere a tonului sunetului atunci când se îndepărtează.

Principiul de funcționare a unui buștean hidroacustic bazat pe efectul Doppler și utilizat pentru a măsura viteza unei nave în raport cu sol (partea de jos) este următorul.

În fundul vasului este instalată o antenă, care acționează ca emițător și receptor al vibrațiilor ultrasonice. În direcția de jos, unde ultrasonice cu o frecvență f 0 sunt emise sub forma unui fascicul îngust la un unghi Ө față de planul orizontului. Pentru simplitate, presupunem că unghiul de compensare al navei este zero, vectorul viteză al navei coincide cu cursul și nu există mișcări verticale ale navei.

Lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice λ în apă radiată dintr-un vas în mișcare, λ = W/ f 0 unde W- viteza rezultată a undei radiate care se îndepărtează de navă în direcția fasciculului de sunet.

viteză W este determinată de viteza sunetului cu și proiecția vectorului viteză Vc navă în direcția radiației:

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

Datorită neuniformității reliefului de jos, unda sonoră este împrăștiată în toate direcțiile, inclusiv în direcția antenei. Astfel, un semnal de ecou cu o lungime de undă λ va fi recepționat din partea de jos,

Viteza de apropiere a semnalului eco W′ =c + VcCOS Ө

Ca urmare, frecvența oscilațiilor recepționate, ținând cont de ecuațiile anterioare, poate fi reprezentată ca f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c)

Diferența dintre frecvențele semnalului de ecou care a venit la antenă din partea de jos și semnalul emis va fi ecuația decalajului Doppler cu un singur fascicul (deplasare Doppler).

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

Implementarea practică a unui întârziere Doppler cu un singur fascicul este asociată cu o serie de dificultăți, dintre care principalele sunt neliniaritatea dependenței f d de V c , schimbarea unghiului Ө

la înclinare, tăiere și înclinare, influența componentei verticale a vitezei navei asupra semnalului măsurat. Adâncimile de lucru ale buștenilor Doppler sunt cuprinse între 200 - 300 m. Eroarea cauzată de modificarea vitezei sunetului în apa de mare poate ajunge la 4%, prin urmare, în majoritatea modelelor de bușteni, s-au luat măsuri pentru a compensa sau a lua în considerare eroare. Corectarea se realizeaza manual sau automat in functie de doi parametri: temperatura apei si salinitatea. Precizia citirilor întârzierilor Doppler este destul de mare chiar și la unghiuri de călcâi, tăiere, rostogolire, care nu depășește 2 - 3%. Eroarea totală este de 0,1 - 3%.

14.Bușteni Doppler cu fascicul dublu și cu fascicul multiplu.

O modalitate eficientă de a elimina relația neliniară dintre decalajul de frecvență și viteza navei este utilizarea sistem de antenă cu fascicul dublu, așa-numita schemă „Janus” (Fig. 8.4). Conform acestei scheme, semnalele acustice sunt emise de-a lungul planului diametral al navei spre prova și pupa la același unghi Θо. Frecvența semnalului primit de fasciculul de nas f2n poate fi determinată prin expresie f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-Formula 1). Pentru semnalul primit pe fasciculul de pupa se obține o expresie similară, înlocuind Vx*cos Θо cu - Vx*cos Θо. Ca rezultat, obținem: f2k \u003d fo * (1-2Vx * cos Θo / c + 1- 2V²x * cos² Θo / c + ...).-formula(2). Găsim deplasarea de frecvență Doppler ca diferență între frecvențele semnalelor primite de fasciculele de la prova și pupa: fd = f2n- f2k .-formula (3).Înlocuind în (3) valorile f2н și f2к în conformitate cu expresiile (1) și (2), obținem valoarea adevărată a deplasării de frecvență Doppler fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -formula (4), unde c este viteza de propagare a semnalului în apă. Să găsim erorile relative δfd (care este determinată de raportul Δfd/fdl, unde fdl este decalajul de frecvență Doppler) și δVx (δVx= ΔVx/Vx). Rezultatul final arată astfel: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- formula (5). Deci, atunci când se folosește schema Janus în jurnalul Doppler hidroacustic, se asigură o relație liniară cu un grad ridicat de precizie între deplasarea frecvenței Doppler obținută ca diferență între semnalele primite de fasciculele de la pupa de la prova și viteza navei. Ecuația de întârziere Doppler cu două fascicule Vx \u003d (fd * C * sec Θo) / 4 * fo -formula (6), sau Vx= fd/ Kv, unde Кv=(4* fo* cos Θо)/с - coeficientul de sensibilitate la viteză al decalajului. Kv caracterizează mărimea creșterii deplasării frecvenței Doppler cu o creștere a vitezei cu 1 nod. Cu alte lucruri egale, este mai profitabil să existe o valoare mare a coeficientului Kv, deoarece acuratețea măsurării vitezei (cu aceeași valoare a erorilor instrumentale) va fi mai mare.

jurnal hidroacustic

jurnal hidroacustic

jurnal absolut, lucrând pe principiul sondei cu eco. Oferă suficientă precizie la adâncimi care nu depășesc 300 m. Există logari Doppler și corelație hidroacustică. Acțiunea buștenilor hidroacustici Doppler se bazează pe o modificare a frecvenței semnalului recepționat cauzată de mișcarea navei față de fund, corelarea buștenilor hidroacustici - pe o comparație a înregistrării topografiei fundului obținut de doi receptori (cu un emițător). ) situate sub fund în plan diametral la oarecare distanță unul de celălalt. Viteza este determinată de timpul dintre obținerea înregistrărilor similare de relief.

Edward. Dicţionar explicativ naval, 2010

Vedeți ce este „Jurnalul hidroacustic” în alte dicționare:

jurnal hidroacustic- GAL Log, bazat pe utilizarea legilor de propagare a undelor acustice în apă. [… Manualul Traducătorului Tehnic

BURNU HIDROACUSTIC- statie hidroacustica pentru determinarea vitezei navei fata de fundul marii si a unghiului de deriva al navei. Jurnalul hidroacustic se mai numește și jurnalul absolut. Există 2 tipuri de jurnalele hidroacustice: Doppler și corelație. Principiul... ... Carte de referință enciclopedică marine

jurnal hidroacustic- 70. Jurnal hidroacustic GAL E. Jurnal acustic Jurnal bazat pe utilizarea legilor de propagare a undelor acustice în apă Sursa: GOST 21063 81: Echipament de navigație pentru nave. Termeni și definiții originale...

Jurnalul de corelare hidroacustic- 71a. Jurnalul hidroacustic de corelare Corelația HAL Jurnalul hidroacustic bazat pe utilizarea analizei de corelație în procesarea semnalelor hidroacustice Sursa: GOST 21063 81: Echipament de navigație pentru nave. ... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

În prezent, pe navele flotei de transport maritim se folosesc bușteni de inducție, hidrodinamice și radio Doppler, care măsoară viteza în raport cu apă.

Întârzieri de inducție. Acțiunea lor se bazează pe proprietatea inducției electromagnetice. Conform acestei proprietăți, atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, e este indus în conductor. d.s., proporțional cu viteza de mișcare a acestuia.

Cu ajutorul unui magnet special, se creează un câmp magnetic sub fundul vasului. Volumul de apă de sub fund, care este afectat de câmpul magnetic al întârzierii, poate fi considerat ca un set de conductori elementari de curent electric, în care e. d.s.: valoarea unui astfel de e. d.s. vă permite să judecați viteza de mișcare a vasului.

Jurnalul de inducție, indiferent de soluția de proiectare a nodurilor sale, include:

electromagnet, contacte colectoare de curent (electrozi) pentru captarea unui semnal indus în apă; un dispozitiv de măsurare pentru măsurarea semnalului la electrozi și transformarea acestuia în viteză; dispozitiv corector care elimina eroarea metodologica a vitezei masurate; un dispozitiv de calcul pentru generarea distanței parcurse de navă; un dispozitiv de difuzare pentru transmiterea datelor privind viteza și distanța parcursă către repetoare și automatizarea navelor.

Jurnalele de inducție IEL-2 și IEL-2M operate pe navele flotei maritime sunt construite conform aceleiași scheme:

măsoară doar componenta longitudinală a vitezei relative; nu există părți care să iasă dincolo de carenă. Întreaga parte de măsurare și numărare a jurnalelor IEL-2 și IEL-2M este realizată pe elemente semiconductoare cu utilizarea maximă a circuitelor integrate. Principiul bloc-funcțional al construcției asigură depanarea rapidă și eliminarea acestora prin înlocuirea nodurilor individuale (plăci) fără ajustarea ulterioară a decalajului. Decalajul IEL-2M este o modernizare a decalajului IEL-2. În prezent, numai jurnalul IEL-2M este produs în serie. Întârzierea IEL-2 a fost întreruptă în 1980. Întârzierea IEL-2M poate fi instalată pe toate navele maritime, inclusiv pe spărgătoare de gheață și hidrofoile.

Instrucțiunile de utilizare sunt după cum urmează. Odată cu murdărirea carenei navei, jurnalele IEL-2 și IEL-2M încep să dea citiri subestimate. În același timp, verificarea „zeroului de lucru”, a zeroului circuitului de măsurare și a scalei nu prezintă nicio modificare. Pentru a elimina eroarea cauzată de murdărirea carenei, este necesar să setați o nouă scară. Valoarea noii scale:

unde M este scala stabilită inițial;

Vl este viteza observată de-a lungul logului;

Vi - viteza reală a navei în raport cu fundul în momentul observării.

După calcularea unei noi scale, este necesar să comutați decalajul în modul de scalare (setați comutatorul tipului de operare din dispozitivul 6 în poziția „Scală”) și să utilizați potențiometrele „Scara grosieră” și „Scara fină”. pentru a seta o nouă valoare de scară. După aceea, readuceți decalajul în modul de lucru. Înregistrați noua valoare a scalei în formularul de jurnal și pe harta din dispozitivul 6. Noua scară poate fi setată atât în ​​mișcare, cât și atunci când nava se află la dană și la ancora.

Circuitele de întârziere IEL-2 și IEL-2M includ un filtru care face media citirilor lor. Prin urmare, atunci când viteza navei se modifică, jurnalul remediază această modificare cu o oarecare întârziere. Filtrele au două constante de timp, setate la cererea navigatorului cu un comutator special. Este recomandat să folosiți prima constantă atunci când navigați în apropierea coastei și într-o stare calmă a mării, a doua constantă - când navigați în mare deschisă și în mare grea.

Întârzieri hidrodinamice. Principiul de funcționare se bazează pe măsurarea presiunii hidrodinamice create de presiunea de viteză a fluxului de apă care se apropie atunci când nava se mișcă.

Corectarea decalajului hidrodinamic este, de regulă, instabilă. Motivele principale ale modificărilor sale în timpul navigației sunt deriva navei, trim, murdărirea carenei, tangajarea și modificările densității apei de mare odată cu modificarea zonei de navigație.

Practica arată că cea mai mare eroare în măsurarea vitezei este cauzată de deriva navei. La unghiuri mari de deriva, eroarea poate ajunge la 3-4%. Dintr-o modificare a tăierii și murdărirea carenei, eroarea nu depășește 1-2%. Când se folosește un dispozitiv de primire a tijei, eroarea de la murdărirea carenei navei nu apare deloc.

Erorile de la deriva, trim și murdărirea carenei sunt sistematice. Prin urmare, fiind determinate din observații, acestea pot fi luate în considerare în viitor la calcul.

Eroarea întârzierii datorată înclinării este periodică. La dezvoltarea distanței parcurse, această eroare este integrată și, în cazul tangajului simetric, dispare.

Eroarea (în %) a decalajului de la modificarea densității apei de mare cu o modificare a zonei de navigație poate fi calculată prin formula

unde Dr este modificarea densității apei de mare;

r este densitatea apei în zona de navigație. Cea mai mare valoare pe care o poate atinge Dv este 1,0-1,5%. Când navigați într-un singur bazin (Marea Baltică, Neagră, Caspică), această eroare nu depășește 0,5%.

2. Decalaje absolute.

Buștenii absolute sunt bușteni care măsoară viteza navei față de sol. Jurnalele absolute dezvoltate în prezent sunt hidroacustice și sunt împărțite în jurnalele Doppler și de corelație.

Bușteni Doppler hidroacustic (GDL). Principiul de funcționare al GDL este de a măsura deplasarea de frecvență Doppler a semnalului hidroacustic de înaltă frecvență trimis de la vas și reflectat de la suprafața de jos.

Informația rezultată este componentele longitudinale și transversale ale vitezei la sol. GDL vă permite să le măsurați cu o eroare de până la 0,1%.Rezoluția GDL de înaltă precizie este de 0,01-0,02 noduri.

Pentru a măsura numai componenta longitudinală a vitezei la sol, GDL-ul trebuie să aibă o antenă cu două fascicule A 1 (fasciurile 1 și 3 din Fig. 4.1). Pentru a măsura componentele de pas și ruliu, antena trebuie să aibă patru fascicule, fasciculele 2 și 4 sunt utilizate în acest caz pentru a măsura componenta transversală a vitezei la sol. Pe baza componentelor longitudinale și transversale măsurate ale vitezei la sol, jurnalul Doppler hidroacustic vă permite să determinați vectorul vitezei la sol a navei în fiecare moment de timp și deriva navei sub influența vântului și a curentului.

Când instalați o antenă suplimentară cu două fascicule A 2 (vezi Fig. 4.1), GDL vă permite să controlați mișcarea prova și pupa față de sol, ceea ce face mai ușor să controlați o navă de mare capacitate atunci când navigați prin canale. , în locuri înguste și la efectuarea operațiunilor de acostare.

Majoritatea GDL-urilor existente oferă măsurarea vitezei absolute la adâncimi sub chilă de până la 200-300 m. La adâncimi mai mari, bușteniul nu mai funcționează sau trece la modul de măsurare a vitezei relative, adică începe să funcționeze dintr-un anumit strat de apă ca un log relativ.

Antenele GDL nu ies dincolo de corpul navei. Pentru a asigura înlocuirea lor fără a andoca vasul, acestea sunt instalate în clinkets.

Elementele piezoceramice sunt folosite ca traductoare electroacustice în antenele de jurnal Doppler.

Sursele de eroare GDL pot fi: eroarea de măsurare a frecvenței Doppler; modificarea vitezei sunetului în apa de mare; modificarea unghiurilor de înclinare a fasciculelor antenei; prezenţa unei componente verticale a vitezei navei. Eroarea totală din aceste motive pentru întârzierile moderne nu depășește 0,5%.

corelația întârzie. Principiul de funcționare al jurnalului de corelație hidroacustică (HCR) este de a măsura decalajul temporal dintre semnalul acustic reflectat de la sol, recepționat de antene distanțate de-a lungul carenei navei (Fig. 4.2). Semnalul U 2 (t) primit de antena de recepție din spate repetă forma semnalului U 1 (t) recepționat de antena frontală cu o deplasare în timp t egală cu:

unde l este distanța dintre antene;

V este viteza navei.

Deplasarea în timp este determinată de procesarea corelației semnalelor primite. În acest scop, se introduce o întârziere variabilă în calea semnalului antenei frontale, se calculează funcția de corelare încrucișată a semnalelor de anvelopă ale antenelor de diversitate și se monitorizează valorile maxime ale acesteia.

La adâncimi de până la 200 m, GKL măsoară viteza față de sol și indică în același timp adâncimea sub chilă. La adâncimi mari, trece automat la lucru în raport cu apa.

Avantajele GKL în raport cu GDL sunt independența indicațiilor față de viteza de propagare a sunetului în apă și funcționarea mai fiabilă pe pitch.