Способ измерения вертикального распределения скорости звука в воде



 


Владельцы патента RU 2613485:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к гидроакустической метрологии, в частности к способам измерения вертикального распределения скорости звука в воде. Способ предполагает излучение широкополосного импульса, прием отраженных сигналов на приемопередающую антенну с узкой характеристикой направленности, измерение скорости звука на горизонте приемопередающей антенны, измерение распределения по времени приращения фазы принятого сигнала. Затем, используя скорость звука на горизонте приемопередающей антенны, последовательно восстанавливают распределение по времени скорости звука в моменты времени, отстоящие друг от друга на время не более половины ширины автокорреляционной функции излучаемого сигнала, и по измеренному распределению по времени скорости звука в воде определяют распределение скорости звука по глубине. Технический результат - упрощение способа, снижение энергопотребления устройства.

 

Изобретение относится к дистанционным способам измерения вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде и может быть использовано в исследованиях акустических характеристик водной толщи мирового океана при геофизических изысканиях.

Существуют способы прямого и косвенного измерения ВРСЗ в воде методом погружения измерительного прибора на тросе в воду и измерения скорости звука на каждой глубине [Методы и средства измерения скорости звука в море. / Микушин И.И. и др. Санкт-Петербург: Судостроение, 2012]. Прямые способы измерения ВРСЗ в воде используют приборы, измеряющие время прохождения излучаемым акустическим сигналом известного расстояния, что позволяет вычислить скорость звука. Косвенные способы измерения ВРСЗ в воде используют для вычисления скорости звука измеренные параметры воды, такие как давление, температура и соленость. Данные методы не позволяют проводить измерения во время движения, так как для получения ВРСЗ в воде необходимо на тросе опускать измерительный прибор в воду, меняя его заглубление.

Известен способ измерения ВРСЗ в воде, в котором производят зондирование акустическим импульсным сигналом одиночного относительно сильного естественного акустического рассеивателя, находящегося в водном объеме, ограниченном характеристиками направленности приемопередающей антенны и двух приемников, оси характеристик направленности которых пересекаются на одном горизонте с осью характеристики направленности приемопередающей антенны. Последовательно изменяют углы наклона характеристик направленности первого и второго акустического приемников, которые расположены на фиксированных расстояниях от приемопередающей антенны на одном горизонте с ней. Измеряют времена прихода принятых сигналов, определяют по их значениям, значению скорости звука на горизонте акустических источника и приемников, известным расстояниям между ними значения скорости звука в водоеме на заданных горизонтах. Излучают или монохроматический импульсный акустический сигнал малой длительности, или сложный импульсный акустический сигнал с гиперболической частотной модуляцией, при использовании которой времена прихода принятых сигналов определяют по временному положению максимумов взаимно корреляционных функций излучаемого и принятых сигналов [Патент РФ на изобретение «Способ измерения скорости звука в воде» №2545065, G01H 5/00, от 27.03.2015]. В этом способе для получения информации о глубине, на которой производится измерение скорости звука, используются две приемные антенны с изменяемым углом наклона диаграммы направленности, что усложняет аппаратную и программную реализацию данного изобретения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в упрощении программной и аппаратной реализации этого способа, что позволяет уменьшить время проведения измерения, энергопотребление и стоимость прибора.

Технический результат достигается путем измерения приращения фазы акустического сигнала, отраженного от акустических рассеивателей в воде, в зависимости от времени, при этом, используя известную скорость звука на горизонте приемопередающей антенны, последовательно восстанавливают распределение по времени скорости звука в моменты времени, отстоящие друг от друга на время не более половины ширины автокорреляционной функции излучаемого сигнала, по измеренному распределению по времени скорости звука в воде определяют распределение скорости звука по глубине.

В предлагаемом способе измерения ВРСЗ в воде производится зондирование широкополосным акустическим сигналом, например импульсным сигналом с линейной частотной модуляцией, акустических рассеивателей в вертикальном столбе воды. Прием отраженных сигналов осуществляется на ту же приемопередающую антенну с узкой характеристикой направленности. Антенна находится у поверхности воды и направлена вертикально вниз, при этом угол между направлением зондирования и направлением движения судна близок к 90 градусам. Скорость звука на уровне приемопередающей антенны измеряется любым прямым контактным способом. Принятый сигнал задерживается на время Δt, и измеряется разность фаз между принятым сигналом и задержанным. Таким образом получается распределение по времени приращения фазы принятого сигнала на длительность Δt. Интервал времени Δt должен быть не более половины ширины автокорреляционной функции излучаемого сигнала. После по измеренному распределению по времени приращения фазы вычисляется скорость звука при переходе от Δt×k к Δt×(k+1) задержке по времени, начиная от k=0, где скорость звука известна, по формуле

где Vk - скорость звука в столбе воды с задержкой распространения акустического сигнала по времени Δt×k, ϕk - приращение фазы принятого сигнала с задержкой распространения сигнала по времени Δt×k, Vk+1 - скорость звука в столбе воды с задержкой распространения акустического сигнала по времени Δt×(k+1), ϕk+1 - приращение фазы принятого сигнала с задержкой распространения сигнала по времени Δt×(k+1), fc - центральная частота зондирующего сигнала, N×Δt - интервал приема отраженного сигнала.

Зная скорость звука на уровне приемопередающей антенны, можно путем последовательных вычислений восстановить зависимость скорости звука от задержки распространения зондирующего сигнала. Вычисления зависимости скорости звука от глубины производится по формуле

где Hk – глубина, соответствующая задержке распространения зондирующего сигнала Δt×k.

В предложенном способе измерения ВРСЗ в воде используется одна приемопередающая антенна и один приемный тракт в отличие от способа-прототипа, что уменьшает стоимость и энергопотребление реализации данного изобретения. Уменьшение количества обрабатываемых приемных каналов приводит к уменьшению времени, затрачиваемого на измерения.

Способ измерения вертикального распределения скорости звука в воде, заключающийся в зондировании широкополосным акустическим импульсным сигналом акустических рассеивателей в вертикальном столбе воды, приеме отраженных сигналов на приемопередающую антенну с узкой характеристикой направленности, измерении скорости звука на горизонте приемопередающей антенны контактным способом, отличающийся тем, что прием отраженного сигнала осуществляют только на одну, указанную выше, приемопередающую антенну, измеряют распределение по времени приращения фазы принятого сигнала, используя известную скорость звука на горизонте приемопередающей антенны, последовательно восстанавливают распределение по времени скорости звука в моменты времени, отстоящие друг от друга на время не более половины ширины автокорреляционной функции излучаемого сигнала, по измеренному распределению по времени скорости звука в воде определяют распределение скорости звука по глубине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в море с передачей измерительной информации на судно по гидроакустическому каналу связи.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения скорости звука по трассе. Способ заключается в следующем.

Изобретение относится к области измерения параметров срабатывания средств инициирования детонации зарядов взрывчатых веществ при взрывных работах, а именно подрывных электродетонаторов (ЭД), имеющих в составе непервичный капсюль-детонатор (КД) на основе бризантных взрывчатых веществ (БВВ) и стандартный электровоспламенитель (ЭВ) с жестким или эластичным креплением мостика накаливания.

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах.

Изобретения относятся к области гидроакустической метрологии. Процедура измерения скорости звука времяпролетным способом предполагает задание базы измерения с помощью специальной меры длины, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя полированными звукоотражающими поверхностями.

Изобретение относится к области гидроакустической метрологии и может быть использовано для построения современных многолучевых эхолотов. Производят ненаправленное излучение зондирующего сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала веером статических характеристик направленности (ХН), измерение скорости звука на глубине их излучения, сигнал, отраженный от дна, принимают двумя парциальными ХН под углами меньше, чем 40 градусов от нормали, а их оси разнесены на углы порядка 2 градуса, измеряют углы направленности выбранных парциальных ХН, измеряют времена прихода сигналов, отраженных от дна, в выбранные парциальные ХН, определяют отношение времен распространения принятых сигналов, производят последовательный перебор возможных значений скорости звука на глубине у дна в диапазоне 30% от скорости звука, измеренной на глубине излучения с шагом 0,5 м/сек, а за оценку скорости звука на глубине принимают то значение, которое обеспечивает минимум разности.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при формировании оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) по его измеренному в некотором диапазоне глубин фрагменту.

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах.

Изобретение относится к акустическим измерениям и предназначено для использования в ультразвуковой технике. .
Наверх