Способ дистанционного определения осадки, толщины и высоты льда



Способ дистанционного определения осадки, толщины и высоты льда
Способ дистанционного определения осадки, толщины и высоты льда

 


Владельцы патента RU 2500985:

Открытое Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" (RU)

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для дистанционных акустических измерений морфометрических характеристик плавучих льдов из-под воды. Сущность: в способе используют свойства гидролокационного интерферометра, реализованного в виде интерферометрического гидролокатора бокового обзора, измеряют в широкой полосе обзора высоты zi точек нижней поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю точку базы интерферометра, а также горизонтальные дальности Li от средней точки базы интерферометра до этих точек нижней поверхности льда, с последующими вычислениями толщины льда Нi, по значениям его осадки di с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi (см) = adi (см) + b (см), позволяющего учитывать сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, что существенно повышает точность измерения толщины льда по сравнению с прототипом. При этом высота льда ei может быть вычислена по формуле ei=(Hi-di). Ширина полосы обзора Li не всторошенного льда, в которой возможно измерение осадки, толщины и высоты льда предлагаемым способом, составляет Li=(4-5)h0. Технический результат: определение морфометрических характеристик плавучего ледяного покрова по площади поверхности льда с высокой точностью, обусловленной исключением ошибок в оценке толщины льда, возникающих вследствие сезонных изменений плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для дистанционных акустических измерений морфометрических характеристик плавучих льдов из-под воды.

К основным морфометрическим характеристикам плавучих льдов относятся: осадка, толщина и высота льда, а также профиль рельефа нижней и верхней поверхностей ледяного покрова [1].

Известны способы дистанционного определения осадки и толщины льда, а также построения профиля рельефа его нижней поверхности с помощью гидроакустических средств, которые описаны, например, в [2, стр.133-158.].

Основными недостатками известных способов дистанционного определения осадки и толщины льда с помощью гидроакустических средств является:

Невозможность определения осадки, толщины и высоты ледяного покрова в полосе обзора над носителем гидроакустического средства и, как следствие этого, их малая производительность при исследовании ледяного покрова. Этот недостаток обусловлен тем, что известные способы, в принципе, позволяют оценивать морфометрические характеристики ледяного покрова в его сечении вертикальной плоскостью (профильные измерения), а не по его площади [2].

Низкая точность измерения толщины Hi плавучего ледяного покрова, а также невозможность измерения его высоты над поверхностью воды и построения профиля верхней поверхности ледяного покрова. Ошибки при оценке толщины льда возникают вследствие того, что упомянутый способ не учитывает высоту льда над поверхностью воды, которая зависит от плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, имеющих ярко выраженные сезонные изменения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ описанный в [2, стр.133-135]. Этот способ определения осадки и толщины льда с подводного объекта (подводной лодки, подводного аппарата, притопленной буйковой станции) характеризуется следующими операциями:

- излучение в направлении поверхности водоема с помощью импульсного гидролокатора, в качестве которого используется эхолот, зондирующих сигналов и последующий прием акустических эхосигналов, отраженных (рассеянных) границей раздела вода/лед;

- вычисление по времени запаздывания эхо-сигнала кратчайшего расстояния r A i (i=1, 2, …n) между точкой отражения и горизонтальной плоскостью, в которой находится антенна эхолота;

- одновременное измерение с помощью гидростата глубины погружения h A i антенны эхолота;

- вычисление осадки льда di в точке отражения зондирующего акустического сигнала, как разности d i = h A i r A i между глубиной погружения антенны эхолота и кратчайшим расстоянием между точкой отражения (рассеяния) акустического эхо-сигнала и горизонтальной плоскостью, в которой находится антенна эхолота;

- построение профиля (сечения) нижней границы ледяного покрова с использованием последовательных значений осадки льда di при перемещении гидролокатора.

Полученные таким способом значения осадки льда di часто используются в качестве действительных значений толщины плавучего льда Hi. Однако практика показывает, что подобное приближение при оценке толщины льда может вызывать ошибки до 20% и более от значения измеряемой толщины льда, что делает некорректными сравнение результатов этих измерений с данными полученными другими измерительными устройствами.

Недостатком рассмотренного способа является отсутствие в нем операций, позволяющих за один цикл «излучение - прием» определить осадку, толщину и высоту плавучего льда в полосе обзора над подводным объектом, а также учитывать ошибки при оценке толщины льда, возникающие вследствие сезонных изменений плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем. Кроме того, по результатам одного цикла «излучение - прием» можно получить данные об осадке и толщине льда только в одной точке его поверхности, находяжейся над антенной эхолота.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности измерения морфометрических характеристик (осадки, толщины и высоты) плавучих льдов из-под воды в широкой полосе обзора с повышенной точностью.

Для достижения указанного технического результата в способ определения осадки и толщины льда с подводного объекта, включающий излучение излучающей антенной гидролокатора с подводного объекта в направлении поверхности водоема зондирующих сигналов, прием акустических эхосигналов, отраженных границей раздела вода/лед и одновременное измерение с помощью гидростата абсолютного гидростатического давления p на гидролокатор введены новые признаки, а именно в качестве гидролокатора используют интерферометр, приемные антенны которого имеют узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскостях характеристики направленности (ХН) и разнесены по вертикали на расстояние D, являющееся базой интерферометра, принимают эхосигналы обеими приемными антеннами в диапазоне углов Θ, охватываемых их ХН, по интерференционной картине измеряют расстояния между нулевой линией, соответствующей середине базы интерферометра и серединой интерференционной полосы, соответствующей точкам отражения от нижней поверхности льда принятых эхосигналов, пропорциональные удалению этих точек отражения от середины базы интерферометра, с помощью масштабной линейки, определяя наклонные дальности ri точек отражения эхо-сигнала до середины базы интерферометра, обозначенной на фиг.1а точкой 0, по формуле z i = r i i λ 0 D ,

где i=1, 2, 3 … n - номер интерференционной полосы, отсчитываемый от нулевой линии на интерференционной картине, соответствующей моменту излучения зондирующего сигнала, λ0 - длина волны принимаемого эхо-сигнала, определяют высоту zi каждой i-той точки отражения от нижней поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей середину базы интерферометра, по формуле L i = r i 1 ( i λ 0 D ) 2

определяют горизонтальную дальность Li от середины базы интерферометра 0 до каждой i-той точки отражения, используя значения высоты zi вычисляют значения осадки льда di в каждой i-той точке отражения от нижней поверхности льда и на соответствующей горизонтальной дальности Li по формуле di=h0-zi, где h0 - глубина середины базы интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют по формуле h0=(p-patm)k1k2, где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта, k1, поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно, вычисляют толщину льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi (см) = adi (см) + b (см), где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла, в каждой i-той точке вычисляют высоту плавучего льда ei относительно поверхности воды, как разность значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле ei=(Hi-di) и по полученным Li, di и ei строят профили соответственно нижней и верхней поверхности озвученного участка плавучего льда в полосе обзора, соответствующей диапазону углов, охватываемых характеристиками направленности интерферометра.

Наилучший результат получается, если излучающая антенна расположена в средней точке базы интерферометра.

Эмпирические коэффициенты регрессии могут быть определены для летнего сезона (16 июня - сентябрь) a=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь-ноябрь) a=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070, b=4,6,

Среднеквадратическая ошибка расчета толщины льда по уравнению Hi (см) = adi (см) + b (см) для зимнего периода не превышает 3 см при толщине льда 350 см (относительная ошибка 0,85%). В осенний и летний периоды значение коэффициента корреляции между толщиной и осадкой льда уменьшается до 0,91, а среднеквадратическая ошибка возрастает до 4-5 см [3]. Указанные ошибки измерения существенно меньше, чем у прототипа.

Сущность способа поясняется фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1а дана схема, поясняющая способ, где в проекции на вертикальную плоскость изображены:

A1, A2 - приемные акустические антенны интерферометра;

D - база интерферометра;

0 - средняя точка базы интерферометра;

l - геометрическая разность хода эхо-сигнала от некоторой точки поверхности льда М до антенн интерферометра;

ri - наклонная дальность от базы интерферометра до точки поверхности льда;

zi - высота точки поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю точку базы интерферометра;

h0 - глубина средней точки базы интерферометра относительно поверхности воды;

Θ - угол, отсчитываемый от оси ХН антенны в вертикальной плоскости;

θi - угол скольжения;

Li - горизонтальная дальность от средней точки базы интерферометра до некоторой точки поверхности льда;

di - осадка льда;

Hi - толщина льда;

ei - высота льда.

На фиг.1б представлена структурная схема, реализующая предлагаемый способ. Структурная схема содержит: излучающую антенну интерферометра A, приемные акустические антенны интерферометра A1, A2; 1 - генераторное устройство, 2 - приемоусилительные устройства, 3 - фазовый различитель, 4 - регистратор (индикатор), 5 - устройство определения номера i интерференционной полосы, 6 - вычислитель угла скольжения θi, 7 - вычислитель высоты zi и горизонтальной дальности Li, 8 - устройство вычисления осадки льда di, 9 - устройство вычисления толщины льда Hi, 10 - устройство вычисления высоты льда ei, 11 - интерферометр, известный из [4].

На фиг.2 представлен вид интерференционной картины на выходе интерферометра, где 1 - нулевая линия (начало отсчета наклонной дальности), соответствующая моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, x1 - расстояние от нулевой линии до первой интерференционной полосы, соответствующее наклонной дальности r1 до точки поверхности льда.

Способ характеризуется следующими операциями:

В некоторый момент времени излучающая антенна интерферометра излучает в сторону поверхности воды акустический импульсный зондирующий радиосигнал. Поскольку оси характеристик направленности (ХН) антенн интерферометра в горизонтальной плоскости перпендикулярны диаметральной плоскости его носителя, происходит облучение нижней поверхности льда акустической энергией в направлении перпендикулярном линии курса носителя. Вследствие узкой в горизонтальной и широкой в вертикальной плоскостях ХН излучающей антенны интерферометра облучается узкая в горизонтальной и широкая в вертикальной плоскостях полоса нижней поверхности льда.

После излучения зондирующего сигнала интерферометр переходит в режим приема рассеянных нижней поверхностью ледяного покрова эхосигналов. Прием эхо-сигналов производится двумя разнесенными в вертикальной плоскости приемными акустическими антеннами А1 и А2. Первыми к антеннам приходят эхосигналы от наиболее близких точек поверхности льда, затем от все более удаленных точек облученной полосы нижней поверхности льда.

После приема эхо-сигнала от наиболее удаленной точки облученной полосы нижней поверхности льда режим приема заканчивается. Для получения профиля ледовой поверхности за пределами угла, охватываемого ХН антенн интерферометра в горизонтальной плоскости, подводный объект может быть перемещен, после чего интерферометр излучает в сторону поверхности воды очередной акустический импульсный зондирующий радиосигнал. По мере движения носителя интерферометра по линии курса облучаются новые, примыкающие друг к другу полосы нижней поверхности льда, эхосигналы от которых принимаются антеннами интерферометра.

Прием эхо-сигналов производится двумя разнесенными в вертикальной плоскости приемными акустическими антеннами А1 и А2. Первыми к антеннам приходят эхосигналы от наиболее близких точек поверхности льда, затем от все более удаленных точек облученной полосы нижней поверхности льда.

Если разность хода l, зависящая от базы интерферометра D и θi, равна целому числу длин волн λ0 принимаемого эхо-сигнала, т.е. l=iλ0, где i=1, 2, 3, …, то при сложении напряжений эхосигналов, снимаемых с выходов антенн А1 и А2, суммарный сигнал будет равен сумме напряжений этих сигналов. Если l=(2i-1)λ0/2, то суммарный сигнал будет равен их разности. Указанный эффект обусловлен интерференцией эхо-сигнала от точки поверхности льда, принятого разнесенными по вертикали антеннами интерферометра

В процессе приема и суммирования эхосигналов, приходящих от все более удаленных точек облученной полосы поверхности льда, на его выходе интерферометра будет наблюдаться интерференционная картина, которая будучи зарегистрированной на яркостном регистраторе (индикаторе) с прямоугольной растровой разверткой в координатах «путевая дальность» - «наклонная дальность», будет представлять собой чередующиеся темные и светлые полосы (интерференционные полосы), как это показано на фиг.2.

Каждая интерференционная полоса на интерференционной картине имеет свой номер, равный целому числу i длин волн λ0, характеризующих разность хода l=iλ0. Иными словами i - это номер интерференционной полосы на интерференционной картине или номер интерференционного лепестка в ХН антенны интерферометра, ось одного из которых (i-ого) изображена на фиг.1а.

Интерференционные полосы удалены от нулевой линии (начала отсчета наклонной дальности), соответствующей моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, на расстояния xi, пропорциональные соответствующим наклонным дальностям ri до точек поверхности.

Измеряются эти дальности с помощью масштабной линейки. Измерения проводятся от нулевой линии интерференционной картины.

Наклонная дальность ri до точки пересечения поверхности льда с осью i-ого интерференционного лепестка связана с высотой zi этой точки поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю точку базы интерферометра соотношением

z i = r i sin θ i .                                               (1)

В свою очередь из фиг.1а следует, что

sin θ i = l D = i λ 0 D .                                         (2)

Объединяя (1) и (2) получим

z i = r i i λ 0 D .                                              (3)

Горизонтальная дальность Li от средней точки базы интерферометра до некоторой точки поверхности льда может быть определена по формуле

L i = r i 1 ( i λ 0 D ) 2 .                                  (4)

Таким образом, интерференционная картина однозначно связана с рельефом нижней поверхности льда и может быть использована при определении высот и горизонтальных дальностей в широкой полосе обзора. Для этого необходимо определить номера интерференционных полос i, измерить наклонные дальности ri и, по известному для данного интерферометра соотношению λ 0 D , выполнить расчеты по определению высот zi и горизонтальных дальностей Li, используя выражения (3) и (4).

Используя значения высот zi вычисляются значения осадки льда di в соответствующих точках нижней поверхности льда и на соответствующих горизонтальных дальностях Li по формуле

d i = h 0 z i .                                   (5)

где h0 - глубина середины базы интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют по формуле h0=(р-patm)k1k2, где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта, k1 - поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно. По значениям осадки льда di вычисляется толщина льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии вида

H i ( с м ) = a d i ( с м ) + b ( с м ) ,                                      (7)

где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла могут быть определены как - для летнего сезона (16 июня - сентябрь) a=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь-ноябрь) a=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070, b=4,6 [3].

Вычисляется высота плавучего льда е, относительно поверхности воды, как разность каждой пары значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле

e i = ( H i d i ) .                                                                (8)

В результате описанным выше способом можно определить морфометрические характеристики плавучего ледяного покрова (осадку, толщину, высоту, профили нижней и верхней поверхности) не только в широкой полосе обзора над носителем, характеризуемой значением Li, но и по площади поверхности льда с высокой точностью, обусловленной исключением ошибок в оценке толщины льда, возникающих вследствие сезонных изменений плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем.

Источники информации

1. Бородачев В.Е., Гаврило В.П., Казанский М.М. Словарь морских ледовых терминов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. - 138 с.

2. Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. С-Пб.: Издательство СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 242 с.

3. Миронов Е.У., Сенько Е.П. О взаимосвязи толщины и осадки льда // Труды ААНИИ. - 1995. Т.435. - С.47-54.

4. Барась С.Т. Исследование и разработка гидролокационного интерферометра для картографической съемки дна в широкой полосе обзора. Дис… канд. техн. наук / ОКБ «Риф». Г.Бельцы, 1981. - 210 с.

1. Способ дистанционного определения осадки, толщины и высоты льда, включающий излучение излучающей антенной гидролокатора с подводного объекта в направлении поверхности водоема зондирующих сигналов, прием акустических эхосигналов, отраженных границей раздела вода/лед, и одновременное измерение с помощью гидростата абсолютного гидростатического давления p на гидролокатор, отличающийся тем, что в качестве гидролокатора используют интерферометр, приемные антенны которого имеют узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскостях характеристики направленности (ХН) и разнесены по вертикали на расстояние D, являющееся базой интерферометра, принимают эхосигналы обеими приемными антеннами в диапазоне углов, охватываемых их ХН, по интерференционной картине измеряют расстояния между нулевой линией, соответствующей середине базы интерферометра и серединой интерференционной полосы, соответствующей точкам отражения от нижней поверхности льда принятых эхосигналов, пропорциональные удалению этих точек отражения от середины базы интерферометра, с помощью масштабной линейки, определяя наклонные дальности ri точек отражения эхосигнала до середины базы интерферометра, по формуле z i = r i i λ 0 D , где i=1, 2, 3… - номер интерференционной полосы, отсчитываемый от нулевой линии на интерференционной картине, соответствующей моменту излучения зондирующего сигнала, λ0 - длина волны принимаемого эхосигнала, определяют высоту zi каждой i-й точки отражения от нижней поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей середину базы интерферометра, по формуле L i = r i 1 ( i λ 0 D ) 2 определяют горизонтальную дальность Li от середины базы интерферометра до каждой i-й точки отражения, используя значения высоты zi вычисляют значения осадки льда di в каждой i-й точке отражения от нижней поверхности льда и на соответствующей горизонтальной дальности Li по формуле di=h0-zi, где h0 - глубина середины базы интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют по формуле h0=(p-patm)k1k2,
где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта;
k1 - поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно, вычисляют толщину льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi (см) = adi (см) + b (см),
где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла, в каждой i-й точке вычисляют высоту плавучего льда ei относительно поверхности воды, как разность значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле ei=(Hi-di) и, по полученным Li, di и ei, строят профили соответственно нижней и верхней поверхности озвученного участка плавучего льда в полосе обзора соответствующей диапазону углов, охватываемых характеристиками направленности интерферометра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучающая антенна расположена в средней точке базы интерферометра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что эмпирические коэффициенты регрессии определены для летнего сезона (16 июня-сентябрь) a=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь-ноябрь) a=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070, b=4,6.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения высоты (толщины) металлических деталей или их износа. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для определения толщины и плотности отложений в оборудовании химических, нефтехимических предприятий, а также тепловых, геотермальных, атомных энергоустановок.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для определения толщины отложений на внутренних поверхностях трубопроводов. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и неразрушающего контроля, а именно к методам измерения толщины, определения текстурной анизотропии и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката из черных и цветных металлов и сплавов в широком диапазоне толщин при одностороннем доступе, дефектоскопии и структуроскопии различных материалов и изделий, и предназначено для применения в металлургии, машиностроении, в авиастроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и ультразвукового неразрушающего контроля и позволяет повысить достоверность и точность результатов измерений толщины изделий.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для диагностирования состояния кровеносного сосуда. .

Изобретение относится к области измерения расстояний до объекта акустическими методами. .

Изобретение относится к комплексам для измерения толщины стенок трубопроводов с использованием звуковых колебаний и может быть использовано для определения толщины слоя льда на внутренней поверхности пульпопровода.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для неразрушающих испытаний и может быть использовано для измерения толщины образцов материалов и изделий.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для излучения и приема ультразвуковых сигналов в ультразвуковой аппаратуре, преимущественно в ультразвуковых толщиномерах.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в навигационных приборах обнаружения льда и измерения его характеристик. Сущность: в способе автоматического измерения толщины льда с подводного носителя измеряют глубину погружения Н носителя, формируют и излучают низкочастотный сигнал длительностью Т<2Н/С, где Н - глубина погружения носителя, С - скорость звука, и частотой не выше F<1000 Гц, формируют и излучают высокочастотный сигнал с частотой F<1200 Гц/d(м), где d толщина молодого льда в метрах, длительностью М=10/f, причем высокочастотный сигнал излучается в точках, соответствующих равенству нулю амплитуды низкочастотного сигнала, раздельно принимают сигналы, измеряют время равенству нулю амплитуды низкочастотного сигнала ti, где i - порядковый номер измерения, измеряют время прихода переднего фронта высокочастотного сигнала Qi и при совпадении порядковых номеров измерений вычисляют разности времен Qi-ti, определяют фазы задержки низкочастотного сигнала по формуле θ=(Qi-ti)180°/M. Определяют толщины льда по формуле hi=θ/η, где η уточняется по результатам экспериментальных оценок (ориентировочно η=500), а окончательную оценку толщины льда определяют как среднее всех измерений толщины льда на длительности низкочастотной посылки. Технический результат: повышение точности и обеспечение автоматического измерения толщины молодого льда. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области диагностики линейной части трубопроводных систем и может быть использовано для диагностики технического состояния внутренней стенки магистральных трубопроводов. Размещают на внешней поверхности трубопровода возбуждающие и измерительную катушки, генерируют гармонический испытательный сигнал и передают его в возбуждающие катушки, усиливают напряжение, наводимое в измерительной катушке, и определяют по комплексной амплитуде толщину стенки трубопровода. Периодически осуществляют измерение толщины стенки трубопровода, полученные значения сравнивают с ранее накопленными и полученными в результате моделирования. В результате регрессионной обработки осуществляют прогнозирование времени истончения трубопровода до предельного значения и осуществляют контроль изменений условий наблюдения и корректировку измеренных параметров. Устройство содержит возбуждающий генератор, блок измерительных преобразователей, включающий возбуждающие и измерительную катушки, и усилитель. Устройство снабжено полосовым фильтром, цифровым датчиком температуры, расположенным в непосредственной близости от любой из катушек возбуждения на поверхности трубопровода, цифровым вычислителем, состоящим из центрального процессора, оперативного и постоянного запоминающих устройств, аналого-цифрового преобразователя и порта ввода-вывода. Техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации магистрального трубопровода. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для измерения толщины отложения материала на внутренней стенке конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что a) нагревают участок конструкции; b) детектируют колебания на нагретом участке; c) детектируют колебания на ненагретом участке конструкции; d) определяют резонансную частоту или частоты конструкции на основании колебаний, детектированных на этапе c); и e) определяют толщину отложения материала на внутренней стенке конструкции на упомянутом ненагретом участке с использованием определенной резонансной частоты или частот, на этом этапе используют колебания, детектированные на этапе b), в качестве калибровочных данных. Технический результат - повышение достоверности определения толщины отложения материала на внутренней стенке конструкции. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Заявленное изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля промышленных объектов и используется для контроля за динамикой изменения минимального значения толщины стенки тонкостенных и листовых изделий, а также других изделий, в которых могут распространяться волны Лэмба, например трубопроводов, резервуаров, сосудов, цистерн. Заявленное решение включает способ контроля за динамикой изменения толщины стенки контролируемого объекта, включающий размещение на его поверхности на известном расстоянии друг от друга, по крайней мере, одного акустического преобразователя для излучения волн Лэмба и, по крайней мере, одного преобразователя для их приема, излучение в заданный момент времени импульсного сигнала, расчет зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени, выбор волны Лэмба и частоты, определение разности между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала, определение значения групповой скорости выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба по известному значению расстояния между преобразователями и значению разности между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала, определение значения толщины стенки по полученному значению групповой скорости, выбранному значению частоты и эталонной зависимости групповой скорости выбранной волны Лэмба от произведения толщины стенки и частоты, при этом устанавливают минимальную величину толщины стенки по полученным среднеарифметической величине толщины стенки и дисперсии значений толщины стенки объекта, причем среднеарифметическое значение толщины стенки определяют с выбором симметричной волны Лэмба нулевого порядка и, по крайней мере, одной частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты близка к линейной, а дисперсию значений толщины стенки определяют с выбором антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка и частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты существенно нелинейна. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного решения, заключается в снижении трудоемкости, упрощении и ускорении контроля толщины стенки больших по площади объектов, устранении необходимости получения физического доступа ко всей поверхности объекта, подлежащей контролю толщины, обеспечении возможности контроля толщины при наличии вариаций значений толщины, к примеру при наличии на объекте очаговой коррозии, обеспечении возможности определения среднеарифметического и минимального значений толщины на участке между двумя акустическими преобразователями, установленными на объекте в произвольных точках, без проведения предварительного измерения толщины в тех же точках. 6 ил.

Изобретение относится к области измерения и регистрации гололедных отложений на длинномерных конструкциях типа морских буровых установок, линий электропередач и т.п. Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих непрерывный, через точно определенные промежутки времени, мониторинг характеристик гололедных отложений, позволяющий определить их толщину и плотность. Способ основан на том, что резонансные частоты отдельных элементов конструкции изменяются, если на них появились гололедные отложения. Изменения частоты отдельных резонансных гармоник пропорциональны присоединенной массе льда. Помимо изменения частоты резонансных гармоник гололедные отложения увеличивают декремент затухания звуковых колебаний элементов конструкции, поскольку гололедные отложения представляют собой поглощающую среду для звуковых колебаний. Система для измерения толщины и плотности гололедных отложений содержит устройство возбуждения в конструкции волны звукового диапазона частот и приемное устройство, также усилители принятых сигналов, аналого-цифровой преобразователь и анализатор спектра, подключенные к компьютеру, при этом устройство возбуждения закреплено на конструкции и включает в себя выполненные с возможностью автономной работы генератор шума с подключенным к нему пьезокерамическим вибратором, настроенным на среднюю резонансную частоту амплитудно-частотной характеристики конструкции, а приемные устройства, также закрепленные на конструкции, выполнены в виде датчиков вибрации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к экспериментальной гидромеханике судов и морских инженерных сооружений, работающих в ледовых условиях, касается методов и оборудования для проведения ледовых модельных исследований в ледовом опытовом бассейне. Предложен способ определения толщины ледового поля при испытаниях моделей судов и морских инженерных сооружений в ледовом опытовом бассейне, заключающийся в зондировании ледового поля ультразвуковыми импульсами с последующим преобразованием отраженных импульсов в напряжение на электронном устройстве и регистрацией результатов измерения, при этом под нижнюю поверхность ледового поля на исследуемом участке подводят плоский жесткий экран, прижимая его к нижней поверхности ледового поля, отражающий зондирующие ледовое поле ультразвуковые импульсы. Предложено также устройство для осуществления данного способа. Технический результат заключается в повышении достоверности и точности результатов эксперимента по определению толщины ледового поля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обследования трубопровода устройство ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением с использованием пьезоэлектрических преобразователей регистрирует отраженные сигналы от внутренней или внешней поверхностей стенки трубопровода, превышающие программно задаваемый порог, при этом выбираются отраженные сигналы по максимальному значению амплитуды, привязанной ко времени прихода от излученного импульса, далее из полученных сигналов выбирают не менее четырех сигналов по максимальным значениям амплитуд и регистрируют как значения времени от излученного импульса, так и амплитуды, при этом определяют границы начала изменения толщины стенки так называемой «зоны неопределенности границы дефекта» и в зависимости от структуры сигнала в «зоне неопределенности» вычисляют величину коррекции и далее корректируют сигналы отступа и толщины стенки трубопровода. Технический результат: обеспечение возможности определения границ зон изменения толщины стенки трубопровода с произвольным расположением плоскостей к нормали акустической оси пьезоэлектрического преобразователя. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для разработки гидроакустической аппаратуры, используемой при плавании в ледовой обстановке. Способ заключается в том, что излучают из подводного положения носителя в направлении льда высокочастотные зондирующие гидроакустические сигналы, принимают отраженные ото льда сигналы, измеряют глубину погружения Н носителя, принимают отраженные эхосигналы веером узконаправленных характеристик в горизонтальной плоскости в диапазоне передней полусферы, производят последовательный набор временных реализаций по всем пространственным характеристикам направленности. Далее производят последовательное аналогово-цифровое преобразование сигнала, последовательную когерентную обработку, измерение уровня помехи по первому циклу набора как среднее значение всех амплитудных составляющих по всем пространственным каналам Апом, выбор порога, по каждому пространственному каналу определение амплитуды эхосигнала превысившего порог, измерение амплитуды эхосигнала Аэхо, измерение номера пространственного канала, определение дистанции Д, по измеренной глубине погружения Н и измеренной дистанции Д, определение угла отражения эхосигнала как Q°=arcsinН/Д. Производят выбор эхосигналов, которые имеют угол отражения в диапазоне 10°-30° и принадлежат тем характеристикам направленности, которые отстоят от направления движения на угол не больше 30 градусов для выбранных эхосигналов, определение коэффициента контраста по формуле S(Q)=Аэхо/Аводы, а толщину льда определяют по формуле Тл=S(Q)×70к, где к - поправочный коэффициент, связанный с особенностями калибровки аппаратуры. Технический результат - дистанционное автоматическое измерение толщины льда в направлении движения по ходу носителя аппаратуры. 1 ил.

Использование: для ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии. Сущность изобретения заключается в том, что измерение толщины осуществляют за N циклов контроля, во время первого цикла контроля на верхней поверхности контролируемого изделия в произвольной точке размещают ультразвуковой преобразователь, излучают в контролируемое изделие зондирующий импульс, принимают из него отраженный от нижней поверхности изделия эхо-сигнал, запоминают принимаемый эхо-сигнал, N-1 раз изменяют положение преобразователя на поверхности контролируемого изделия и для каждого нового положения повторяют цикл контроля, при этом преобразователь выполняют раздельным, положение излучающего и приемного преобразователей на поверхности контролируемого изделия выбирают произвольно, для каждого цикла контроля запоминают геометрические координаты положения излучающего и принимающего преобразователей и производят обработку принимаемых сигналов. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии. 5 ил.
Наверх