Физическая сущность звука. Классификация звуковых волн. Параметры звукового поля, страница 6

Наличие в морях звукорассеивающих слоев (планктон, косяки рыб, неровности дна) вызывают колебания интенсивности реверберационной помехи. Следует отметить, что флюктуирующая реверберация маскирует эхо-сигнал сильнее, чем монотонно убывающая.

Реверберация отрицательно сказывается на работе ГА приборов, т. к. она маскирует эхо-сигнал, пришедший с малых глубин.

6.9. Кавитация – это разрушительное воздействие очень сильных звуковых колебаний на подводные предметы, в т.ч. и на источник звука (ГА антенну)

ЭХОМЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ

Для приема отраженных от дна эхо-сигналов используют приемники или гидроакустические антенны.

Принцип работы эхолота основан на измерении времени прохождения импульса звуковой волны от излучающей антенны до дна и обратно до принимающей антенны и преобразовании данного временного интервала в отсчёт глубины.

Антенны имеют определенную характеристику направленности. Угол раствора луча γ выбирается в пределах 50°.

Вибратор излучающий (ВИ) и вибратор приемный (ВП) устанавливают в шахте лага или эхолота.

При расчете глубины скорость звука принимается постоянной и равной 1500 м/с.

В современных эхолотах скорость звука в воде может корректироваться в пределах 1450 – 1540 м/с с дискретностью 1 м/с.

Обозначим время прохождения расстояния от ВИ до дна и обратно до ВП через t.

Путь, проходимый ЗВ:

S=C·t= ВО + ОД                        ВО = С t/2

Из Δ ВОД :

При Н > 15 ÷ 20 м второй член под корнем можно принять равным 0, а также использовать гидроакустические приемо-передающие антенны (d=0).

          H = 750·t

Эхолот НЭЛ-М3Б имеет следующие диапазоны измерений: 0 – 50; 40 – 90; 0 – 500 м, частота f = 100 кГц.

При глубине 50 м   50 = 750·t            t = 50/750 = 0,06 с

В старых эхолотах время t преобразовывалось во время поворота диска с лампочкой. В момент прохождения "0" производилась посылка импульса, В момент прихода – новая вспышка напротив измеренной глубины на шкале.

Позднее значение глубины стали фиксировать на бумаге самописца, при этом его перо передвигалось со скоростью, пропорциональной скорости звука на выбранном диапазоне.

В современных эхолотах данный временной интервал t преобразуется в цифру вместо самописцев, использовавших электротермическую бумагу, используется луч, движущийся по экрану, обладающему возможностью запоминать получаемую картинку в течение 10 20 минут.

Кроме записи глубины на экране производится запись в твердотельную память и обновляется через 8 – 12 часов.

В современных эхолотах применяются несколько зондирующих частот:

на малых глубинах – выше 100 кГц

на больших глубинах – f =  20   (2000 м)

                                     – f =  10   (5 – 6 тыс. м)

В эхолотах используются два типа гидроакустических антенн:

- магнитострикционные;

- пьезоэлектрические (более современные)

 


Любая гидроакустическая антенна – это преобразователь электрической энергии в механическую (излучение) и наоборот (приём).

При выборе f работа эхолота принимают во внимание следующие факторы:

- диапазон глубин (чем больше глубины, тем меньше f);

- во всех эхолотах угол γ должен быть около 50°, чтобы луч на качке не "терялся".

ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Эффект был открыт в 1842 году Доплером.

Если на движущемся основании установить гидроакустическую антенну, которая излучает ЗВ в направлении дна, то частота f (излучаемых колебаний) отличается от  f1 (принятых колебаний) на некоторую величину fд, которая пропорциональна скорости.

Основные соотношения между длиной λо, частотой fо волны и периодом колебаний To следующие:

λо = с·То = с/fо                            То = 1/fо

Допустим, что излучатель движется навстречу неподвижному приемнику со скоростью Vи. За время To (рис.    ) звуковая волна переместится в т. А, а излучатель переместится в т. В т.е. пройдёт расстояние ℓ:

ℓ = Vи·To

В т.т. А и В наблюдается одна и та же фаза колебаний, следовательно, расстояние АВ равно длине волны λ1.

Длина волны λ1 называется кажущейся (воспринимаемой) длиной волны.

- сближение;

+ удаление

   - воспроизводимая частота

при Vп=0

Т.о. при движении излучателя в направлении неподвижного приемника происходит сжатие волны, следовательно, частота принятых колебаний увеличивается.