Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения характеристик шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме. Техническим результатом изобретения является исключение искажения измеряемого гидроакустического сигнала широкополосным импульсным сигналом системы измерения дистанций (СИД) за счет использования узкополосной частотной составляющей, входящей в состав исследуемого шума. Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме заключается в том, что на дне водоема устанавливают гидроакустическое рабочее средство измерений (РСИ) и направляют к нему исследуемый объект. РСИ измеряет кривую прохода объектом заданной точки водоема, а СИД непрерывно измеряет расстояние между объектом и РСИ. В СИД реализуется одночастотный доплеровский способ измерения параметров траектории движения объекта, что позволяет определить его скорость, траверзное время и траверзное расстояние без искажения спектра шумоизлучения исследуемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение к относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения и контроля характеристик шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме.

Известны способы того же назначения, заключающиеся в размещении в заданной области натурного водоема гидроакустического рабочего средства измерений (РСИ), направлении контролируемого объекта с равномерной скоростью V курсом к РСИ, измерении эффективных значений напряжений на различных частотах в текущие моменты времени t на выходе РСИ и определении уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в момент времени t0 прохождения объектом траверзного расстояния d от объекта до РСИ /Патент РФ №2108007, кл. H 04 R 1/44, 1998; Патент РФ № 2063106, кл. H 04 R 29/00, 1996; Патент РФ № 2010456, кл. H 04 R 1/44, 1994 - прототип/.

Последний из аналогов принят за прототип.

Недостатком всех аналогов, включая прототип, является то, что в них измерение текущих дистанций между РСИ и контролируемым объектом, в том числе и траверзного расстояния d, проводится с помощью системы измерения дистанций (СИД) времяпролетным способом, который связан с импульсным режимом излучения сигнала. Импульсный сигнал, занимая широкую полосу частот, приводит к значительным искажениям сигнала гидроакустического поля контролируемого объекта. Кроме того, необходимость синхронизации временных шкал, определяющих моменты излучения импульсов и моменты их приема, существенно усложняют аппаратурную реализацию СИД.

Техническим результатом, возникающим при внедрении изобретения, является устранение указанных недостатков прототипа и аналогов за счет перевода работы СИД системы измерения параметров шумоизлучения движущегося объекта с время-пролетного (импульсного) на доплеровский (частотный) способ измерения текущих дистанций от объекта до РСИ.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме, заключающемся в размещении в заданной области водоема гидроакустического РСИ, направлении контролируемого объекта с равномерной скоростью V к РСИ, измерении эффективных значений напряжений в текущие моменты времени t на выходе РСИ и определения уровня давления шумоизлучения контролируемого объекта в момент времени t0 прохождения последним траверзного расстояния d от объекта до РСИ, предварительно в спектре шумоизлучения объекта выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f0 и на выделенной дискретной составляющей измеряют распределение доплеровской частоты во времени f(t), возникающем при движении объекта относительно РСИ, при этом при больших отклонениях t от t0, когда наблюдается постоянство f(t), определяют значение скорости объекта по математическому соотношению

а в момент равенства нулю доплеровского сдвига частот фиксируют время t0 прохождения объектом траверзного расстояния d из математического соотношения

где с - скорость звука в воде.

Частоту f0 стабильной дискретной составляющей выбирают большей 500 Гц.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена общая схема реализации способа; на фиг.2 - частотно-временная диаграмма и кривая прохода исследуемого объекта для пояснения существа способа.

Сущность способа заключается в том, что в натурном водоеме 1, например, на его дне 2 устанавливают гидроакустическое РСИ, например гидрофон 3 с блоком 4 предварительной обработки сигнала, соединенного подводным кабелем 5 с береговой обрабатывающей и регистрирующей аппаратурой 6.

По аналогии с прототипом движущийся исследуемый объект, например надводное судно 7, направляют с равномерной скоростью V к отградуированному в единицах звукового давления гидрофону 3, который регистрирует давление шумоизлучения объекта в текущие моменты времени t с помощью блока 4 предварительной обработки информации и береговой обрабатывающей и регистрирующей аппаратуры 6.

При этом снимается так называемая кривая прохода 8 (фиг.2).

Одновременно измеряется распределение дистанции между объектом и РСИ. В береговой аппаратуре 6 происходит нормирование измеренного уровня давления W шумоизлучения на различных частотах к измеренной в те же моменты времени t дистанции.

Определение искомого уровня давления шумоизлучения движущегося объекта, нормированного к единице дистанции, проводят в момент времени t0, в который подводное судно 7 проходит на траверзном расстоянии d от РСИ. Поскольку именно в этот момент наблюдается максимальное соотношение сигнал/шум в принимаемом РСИ сигнале.

В отличие от прототипа в рассматриваемом способе определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме измерение траверзного расстояния d осуществляют доплеровским способом без введения в состав СИД исследуемого объекта дополнительного импульсного источника излучения.

Для этого с помощью узкополосных фильтров береговой обрабатывающей и регистрирующей аппаратуры 6 в принятом спектре шумоизлучения движущегося объекта W(t) выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f0 и прослеживают ее доплеровское уширение во времени t движения объекта относительно неподвижного РСИ.

Проводимый анализ доплеровской частоты f(t) во времени дает информацию о кинематических характеристиках движущегося объекта (скорости V и времени t0), по которым затем по формуле (2) рассчитывают траверзное расстояние d.

На фиг.2 слева приведен типичный ход частотно-временной зависимости 9 для движущегося относительно неподвижного гидрофона 3 надводного судна 7, получаемой с помощью береговой аппаратуры, включающей в себя кроме типовых блоков, представленных в прототипе, компьютер со специальной разработанной программой.

В соответствии с выражением (2) и ходом кривой 9 (фиг.2) f(t) при больших отклонениях t от t0 изменяется медленно (практически постоянна). Это дает возможность по выражению (1) определить скорость V движения объекта.

Напротив, в момент прохождения судном 1 траверзного расстояния d (фиг.1, 2) относительно гидрофона 3 доплеровский сдвиг частот равен нулю. Это дает возможность определить момент времени t0.

Подставляя полученные значения V и t0 в уравнение (2), можно найти траверзное расстояние d без искажений исследуемого сигнала исследуемого гидроакустического поля дополнительным широкополосным сигналом СИД, как это происходит в прототипе.

Учитывая, что на низких частотах f0 и малых скоростях V движения объекта абсолютная величина полезного сигнала доплеровского сдвига частот мала, а время усреднения по условиям измерений ограничено, целесообразно для устойчивого выделения доплеровских частот выбирать дискретную составляющую f0>500 Гц,

Параметрическое уравнение (2) найдено путем решения функционала

где Wi весовая функция; - измеренные значения частот методом наименьших квадратов.

Таким образом, применение данного способа позволит исключить искажение измеряемого гидроакустического сигнала широкополосным импульсным сигналом СИД за счет использования в последнем узкополосной частотной составляющей, входящей в состав исследуемого шума.

1. Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме, заключающийся в размещении в заданной области водоема гидроакустического рабочего средства измерений, направлении контролируемого объекта с равномерной скоростью V курсом к рабочему средству измерений, измерении на различных частотах эффективных значений напряжений на выходе рабочего средства измерений в текущие моменты времени t, измерении в момент времени t0 траверзного расстояния d от объекта до рабочего средства измерений и определении в момент времени t0 уровня давления шумоизлучения движущегося объекта, отличающийся тем, что предварительно в спектре шумоизлучения движущегося объекта выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f0 и на выделенной дискретной составляющей дополнительно измеряют распределение доплеровских частот во времени f(t), возникающем при движении контролируемого объекта относительно неподвижного рабочего средства измерений, при этом при больших отклонениях t от t0, когда наблюдается постоянство f(t), определяют значение скорости объекта по математическому соотношению

а в момент равенства нулю доплеровского сдвига частот фиксируют время t0 прохождения объектом траверзного расстояния d до рабочего средства измерений, определяемого из математического соотношения

где с - скорость звука в воде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту f0 стабильной дискретной составляющей выбирают большей 500 Гц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустических измерений. .

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для абсолютной калибровки акустических прербразователей . .

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам с электрогидроприводом (ЭГП) для испытания на прочность образцов материалов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров полей ультразвуковых излучателей. .

Изобретение относится к измерительной технике в области гидроакустики и может быть использовано для определения уровня звукового давления в полосе частот судна, проходящего над гидроакустической измерительной системой (ГИС)

Изобретения относятся к экспериментальной аэродинамике и могут быть использованы для исследования состояния потока вблизи тела, на которое может набегать поток. Датчик состояния потока содержит, по меньшей мере, одно устройство для детектирования частот, предназначенное для обнаружения, по меньшей мере, одной заранее заданной характеристической частоты состояния потока. При этом устройство для детектирования частот содержит, по меньшей мере, один осциллирующий элемент, который возбуждается потоком до резонансного колебательного движения, и имеет резонансную частоту или частоту собственных колебаний, адаптированную к указанной заранее заданной характеристической частоте, в частности, соответствующую указанной заранее заданной характеристической частоте. Кроме того, предлагается применение датчика состояния потока в устройстве для измерения потока и в способе измерения потока, а также предпочтительный способ изготовления датчика состояния потока. Технический результат заключается в упрощении конструкции и простоте эксплуатации. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх