В чем измеряется эхолот: эхолот — это… Что такое эхолот?

Автор: alexxlab -

Содержание

ЭХОЛОТ — это… Что такое ЭХОЛОТ?

  • эхолот — эхолот …   Орфографический словарь-справочник

  • ЭХОЛОТ — навигационный прибор для определения глубины водоёмов с помощью акустич. эхо сигналов. Действие Э. основано на измерении промежутка времени т, прошедшего от момента посылки зондирующего звук. импульса до момента приёма отражённого от дна эхо… …   Физическая энциклопедия

  • ЭХОЛОТ — ЭХОЛОТ, смотри в статье Гидролокатор …   Современная энциклопедия

  • ЭХОЛОТ — гидроакустический прибор для измерения глубин моря. Измеряя время между излучением звукового сигнала и приемом эха, определяют пройденный звуком путь, а по нему расстояние до дна …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЭХОЛОТ — ЭХОЛОТ, устройство, посылающее УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ импульсы сквозь толщу воды и воспринимающее их отражения от морского дна, скоплений рыбы или любых погруженных в воду предметов.

    Последовательная запись показаний прибора позволяет получить карту… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЭХОЛОТ — ЭХОЛОТ, а, м. Прибор для измерения глубины воды электроакустическим способом. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • Эхолот — Эхолот  устройство для исследования рельефа дна водного бассейна. Обычно использует ультразвуковой передатчик и приёмник, и ЭВМ для обработки полученных данных и отрисовки топографической карты дна. Также применяется в значении Гидролокатор …   Википедия

  • эхолот — сущ., кол во синонимов: 3 • лот (8) • микроэхолот (1) • рыборазведчик (3) …   Словарь синонимов

  • Эхолот — означает устройство, обеспечивающее измерение глубины под килем судна… Источник: ПРИКАЗ Госкомрыболовства РФ от 25.03.2002 N 142 О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ТАБЕЛЯ ОСНАЩЕНИЯ СУДОВ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА КОНВЕНЦИОННЫМ РАДИООБОРУДОВАНИЕМ ГМССБ,… …   Официальная терминология

  • эхолот — Лот для измерения глубины гидроакустическим способом [ГОСТ 18458 84] Тематики средства гидроакустическиесредства навигации, наблюдения, управления EN echo sounder DE Echolot FR écho sonde …   Справочник технического переводчика

    • Эхолот

    Конструкция ультразвукового излучателя — датчика понятна из рис. 7. Он изготовлен на основе круглой пластины 1 диаметром 31 мм и толщиной 6 мм из пьезокерамики ЦТС-19 с резонансной частотой 300 Кгц. К ее посеребренным плоскостям сплавом Вуда припаивают по 3 отрезка провода МГТФ-0,1 или 0,14. Места паек должны быть у края пластины и располагаться по окружности равномерно.

    Датчик собирают в алюминиевом стакане 3 от оксидного конденсатора диаметром около 40 мм и длиной 30…40 мм. В центре дна стакана сверлят отверстие под штуцер 5, через который входит гибкий коаксиальный кабель 6 длиной 1…2,5 м, соединяющий датчик с эхолотом. Пластину датчика приклеивают к диску из мягкой микропористой резины 2 толщиной 5…10 мм и диаметром, равным диаметру пластины. Припаянные к пьезоэлементу выводы собирают в косу так, чтобы ее ось совпадала с осью пьезоэлемента.

    При монтаже оплетку кабеля припаивают к штуцеру, центральный проводник — к выводам обкладки датчика, приклеенной к резиновому диску, выводы другой обкладки — к оплетке кабеля. Технологические стойки 4 фиксируют положение пластины таким образом, чтобы ее поверхность была углублена в стакан на 2 мм ниже его кромки. Стакан закрепляют строго вертикально и заливают до края эпоксидной смолой. При этом нужно следить, чтобы в ней не было воздушных пузырьков.

    В конструкции эхолота использованы широко распространенные детали. Катушка L1 генератора намотана на каркасе диаметром 5 мм с подстроечником Ф-600. Она содержит 110 витков провода ПЭВ 0,12 мм. Трансформатор T1 намотан на сердечнике K16x8x6 мм из феррита М1000НМ. Первичная обмотка наматывается в 2 провода и содержит 2×20 витков, вторичная — 150 витков провода ПЭВ 0,21 мм. Между обмотками необходимо проложить слой лакоткани. Катушки приемника намотаны на каркасах от контуров ПЧ 465 Кгц карманных приемников. Контурные катушки L1, L3, L5 содержат по 90 витков, а катушки связи L2 и L4 по 10 витков провода ПЭВ 0,12 мм. Можно использовать и готовые контура от карманных приемников 70-х — 80-х годов, подобрав конденсаторы для получения резонансной частоты 300 Кгц.

    Конденсаторы C1, C2 генератора и C5, C9, C13 приемника должны быть с малым ТКЕ, группы не хуже M75, например КСО-Г. C1 приемника типа К73-17. Светодиоды индикатора HL1…HL30 красного цвета свечения прямоугольной формы, например типа КИПМ01Б-1K. Полевые транзисторы VT2, VT4 стабилизатора (рис. 2) типа КП303, КП307 с любым буквенным индексом, но с напряжением отсечки не более 2 В. Микроконтроллер AT89C2051 можно заменить на AT89C51 или 87C51. При этом необходимо учесть различия в нумерации выводов. К остальным деталям особых требований не предъявляется.

    Все блоки прибора смонтированы на одной или нескольких печатных платах, размеры и конфигурация которых определяются размерами имеющегося в наличии корпуса, а также типом применяемых деталей, поэтому не приводятся. Приемник желательно смонтировать на отдельной плате «в линейку» и разместить в корпусе по возможности дальше от блока управления. Для уменьшения нагрева прямыми солнечными лучами корпус должен быть светлого цвета.

    Налаживание эхолота начинают с установки на выходе стабилизатора блока управления напряжения +5 В с помощью резистора R5. При этом DD1 следует вынуть из панельки. После установки микроконтроллера на место необходимо убедиться в работоспособности блока управления и блока индикации.

    После включения питания на индикаторе должен светиться один из светодиодов дополнительной шкалы (HL27…HL30), индицирующий предел измерения. Нажимая на кнопки SB2 «UP» и SB3 «DOWN» можно переключать пределы. Однократное нажатие на кнопку SB4 «SELECT» переключает прибор в режим установки количества индицируемых отражений. Аналогично, нажимая SB2 и SB3, можно изменять их количество от 1 до 4. Это индицируется мигающим светодиодом на шкале пределов. При следующем нажатии кнопки «SELECT» включается режим установки степени ВАРУ, которая также устанавливается SB2 или SB3 и индицируется мигающим светодиодом на основной шкале глубины. Нажав «SELECT» еще раз можно выключить или включить импульсный фильтр помех также с помощью SB2 и SB3 соответственно. Наконец, четвертое нажатие «SELECT» возвращает прибор в основной режим переключения пределов.

    Во всех режимах на индикаторе глубины будут индицироваться отраженные импульсы (если они есть), причем, если глубина больше установленного предела, в основном режиме будет мигать последний светодиод индикатора глубины — HL26. Для запоминания выбранных режимов следует нажать и удерживать кнопку SB4 «SELECT» в течение примерно 2 сек. После этого индикатор гаснет и прибор переходит в режим пониженного энергопотребления «SLEEP». Выход из этого режима происходит при нажатии SB1 «RESET». Однако, если нажать SB1 в рабочем режиме, произойдет сброс всех параметров в исходное, записанное в ПЗУ состояние.

    Убедившись в исправной работе микроконтроллера, переходят к наладке генератора зондирующих импульсов. Вначале необходимо с помощью осциллографа убедиться в наличии отрицательного импульса длительностью 50 Мкс с периодом 100 Мс на выводе P1.0 микроконтроллера. Затем осциллограф подключают параллельно излучателю — датчику и наблюдают формируемые зондирующие импульсы.  Их амплитуда может достигать 100 в. Опустив излучатель в сосуд с водой глубиной не менее 40 см можно наблюдать и отраженные импульсы. Вращая подстроечный сердечник L1 следует настроить генератор на резонансную частоту излучателя ориентируясь по максимальной амплитуде отраженных импульсов. Амплитуда первого из них может достигать 5…10 В. Амплитуда же зондирующего импульса практически не зависит от частоты.

    Наладку приемника начинают с проверки режимов транзисторов по постоянному току, указанных на принципиальной схеме. Эту операцию следует проводить при вынутом из панельки микроконтроллере. При необходимости режимы можно подкорректировать резисторами делителей в базовой цепи транзисторов.

    Затем необходимо настроить резонансные контура на частоту генератора. Для этого излучатель в воздухе располагают на расстоянии 15…20 см от какого — либо препятствия и с помощью осциллографа настраивают контура по максимальной амплитуде импульсов на коллекторах VT1, VT4, VT6. При этом необходимо учитывать, что диаграмма направленности излучателя в воздухе очень узкая.

    По мере настройки следует увеличивать эффективность ВАРУ или увеличивать расстояние до препятствия, чтобы избежать ограничения сигнала. Окончательно контура подстраивают, наблюдая сигнал после детектора в точке соединения R21, C17, C18. Наконец, переключив осциллограф на коллектор VT9, подстроечным резистором R22 устанавливают порог срабатывания триггера Шмитта, добиваясь максимальной чувствительности и отсутствия ложных срабатываний. Чувствительность приемника — около 15 Мкв.

    Работу ВАРУ контролируют, наблюдая форму напряжения на конденсаторе C1 приемника. При необходимости она может быть изменена подбором номиналов R4 и C1.

    С теорией и практикой измерения глубины водоемов ультразвуковым эхолотом можно ознакомиться в приводимой ниже литературе.

    Программа для AT89C2051 eho.zip

    Печатные платы plt_eho.zip 370кб, разработанные Максимом < mailto:maksim_ belousov (at) mail.ru>

    Литература:

    • И. Подымов. Эхолот спортсмена — подводника.- Радио, 1993, № 2, стр. 7-9.
    • В. Войцехович, В. Федорова. Эхолот рыболова — любителя.- Радио, 1988, № 10, стр. 32-36.
    • В. Тимофеев. Эхолот. Сб.: В помощь радиолюбителю, вып. 92, стр. 23-41 — М.: ДОСААФ, 1986.
    • А. Владимиров, Л. Корлякова. Любительский эхолот «Поиск». Сб.: В помощь радиолюбителю, вып. 80, стр. 47-57. — М.: ДОСААФ, 1983.
    • В. Бокитько, Д. Бокитько. Портативный эхолот.- Радио, 1981, № 10, стр. 23-25.
    • А. Кравченко. Транзисторный эхолот.- Радио, 1973, № 12, стр. 15-16.

    Скважинный уровнемер (эхолот) ГЕОСТАР-111.Э

    Датчик уровня (УПАС-22)
    Датчик позволяет преобразовать колебания звуковой волны и давление в аналоговый сигнал. Наличие выделенного канала для регистрации колебаний звуковой волны и высокочувствительного микрофона позволяет снизить требования к мощности генератора акустического сигнала и повысить точность измерения. Идеально подходит для измерений уровня в скважинах с давлением от 0 до 10 атм и глубиной до 2 000 м без дополнительного оборудования.

    Характеристики

    • Диапазон определяемых уровней в скважинах: 8 – 3 000 м
    • Единица младшего разряда контроля уровня: 1 м
    • Диапазон измеряемых давлений: 0 – 100 кгс/см2 (10 МПа)
    • Единица младшего разряда контроля давления: 0,1 кгс/см2
    • Пределы основной приведённой погрешности к верхнему пределу измерений избыточного давления: ± 1,0%
    • Канал связи с датчиком: Кабель
    • Интерфейс: 4-20мА
    • Вес, не более: 2,3 кг

    Датчик уровня (УПАСМ-01)
    Датчик имеет упрощенную конструкцию, содержит один преоразователь давления, который используется и для регистрации давления и его колебаний. Идеально подходит для измерений уровня в скважинах с давлением до 100 (400) атм и агрессивной газовой средой. Для скважин с «нулевым» давлением и глубиной более 1 000 м требует применения специальных генераторов акустического импульса.

    Характеристики

    • Диапазон определяемых уровней в скважинах: 8 – 3 000 (6 000) м
    • Единица младшего разряда контроля уровня: 1 м
    • Диапазон измеряемых давлений: 0 – 100 кгс/см2 (10 МПа) / 0 – 400 кгс/см2 (40 МПа)
    • Единица младшего разряда контроля давления: 0,1 кгс/см2
    • Пределы основной приведённой погрешности к верхнему пределу измерений избыточного давления: ± 1,0%
    • Канал связи с датчиком: Кабель
    • Интерфейс: 4-20мА
    • Вес, не более: 2,3 кг

    Датчик уровня беспроводной (УПАС-Ц)
    Датчик имеет высокочувствительный микрофон повышенной надежности и встроенный микроконтроллер, который позволяет выполнить обработку и преобразование аналогового сигнала в цифровой, сохранить результаты измерения и передать их по беспроводной связи на контроллер оператора.

    Характеристики

    • Диапазон определяемых уровней в скважинах: 8 – 3 000 (6 000) м
    • Единица младшего разряда контроля уровня: 1 м
    • Диапазон измеряемых давлений: 0 – 100 кгс/см2 (10 МПа) / 0 – 400 кгс/см2 (40 МПа)
    • Единица младшего разряда контроля давления: 0,1 кгс/см2
    • Пределы основной приведённой погрешности к верхнему пределу измерений избыточного давления: ± 1,0%
    • Канал связи с датчиком: Беспроводный
    • Интерфейс: Bluetooth
    • Вес, не более: 2,3 кг

    Датчик уровня беспроводной автоматический (АУГПС-112)
    Полностью автономный датчик, который имеет высокочувствительный микрофон повышенной надежности, встроенный микроконтроллер, систему генерации акустического импульса и Bluetooth модем. Позволяет выполнять длительные измерения изменения уровня и давления, а также замеры без присутствия оператора во взрывоопасной зоне. Комплет датчика с GSM-модемом позволяет отправлять данные в диспетчерский центр в режиме реального времени.

    Характеристики

    • Диапазон определяемых уровней в скважинах: 8 – 3 000 (6 000) м
    • Единица младшего разряда контроля уровня: 1 м
    • Диапазон измеряемых давлений: 0 – 100 кгс/см2 (10 МПа) / 0 – 400 кгс/см2 (40 МПа)
    • Единица младшего разряда контроля давления: 0,1 кгс/см2
    • Пределы основной приведённой погрешности к верхнему пределу измерений избыточного давления: ± 1,0%
    • Время автономной работы: до 30 сут
    • Канал связи с датчиком: Беспроводный
    • Интерфейс: Bluetooth
    • Вес, не более: 2,3 кг

    Эхолот для любительской рыбалки

    Электрический сигнал частотой 150-200 кГц и длительностью 35-50 мкc, вырабатываемый генератором, подается на излучатель (частота генератора является резонансной для элемента). А излучатель, потеря энергии в котором около 20-30 %, «выстреливает» в сторону дна соответствущий У3 импульс. Одновременно с этим «выстрелом» включаются внутренние «часы», определяющие время полета туда и обратно. Отраженный от чего-либо сигнал «услышал» датчик, снова, с соответствующими потерями, преобразовал его в электрический сигнал. И послал сравниваться с исходными данными. Дождавшись прихода эхо (если его долго нет, то прибор автоматически понижает частоту «выстрелов» до минимально возможного значения), производится новый выстрел, а тем временем полученный от первого выстрела результат делится пополам, маленький пересчет, и на экране появляется цифра (метров или футов) и точка дна, соответственно выбранному автоматически или вручную масштабом. После подсчетов результата второго выстрела выводится новая или дублируется старая цифра и ставится новая точка, соединенная линией со старой. Таким образом, на экране рисуется некая линия, имеющая определенную толщину и представляемая нам на дисплее, как линия дна. Интересный вопрос, насколько достоверна информация на экране и какой на самом деле рельеф дна под килем катера в данный момент? Ведь посланный У3 импульс отразился от первого попавшего в конус излучения предмета, имеющего иную, чем вода, плотность. Это может быть и резкая граница между слоями воды с разной температурой — термоклин. Если все-таки это предмет, то насколько большим он должен быть на дне, чтобы отразиться на экране? Его линейные размеры, очевидно, должны быть больше длины волны У3 сигнала.

    Он должен также иметь достаточную площадь поверхности для отражения в нужном направлении У3 сигнала. На глубине примерно 5 м в случае 100 % от отраженного сигнала без учета потерь — это площадь, равная нескольким квадратным сантиметрам. С учетом потерь мощности сигнала по разным вышеуказанным причинам эхолот поймает отраженный сигнал, если площадь поверхности, от которой произошло отражение, измеряется уже десятками квадратных сантиметров.

    На рисунке 2 приведена иллюстрация стоянки рядом с подводным валуном. Часть У3 пучка падает на наклонную поверхность и, отражаясь в сторону, на датчик не попадает. Отражается в сторону датчика лишь та часть сигнала, которая попала на дно (зона отражения на рисунке 1 отмечена красным). Если величина подводного препятствия такова, что пятно луча целиком укладывается на наклонную поверхность, то отражения в сторону излучателя не проиходит. В этом случае эхолот будет «глючить», а именно, произойдет либо срыв изображения, либо он отловит многократно отраженный сигнал и покажет глубину, близкую к своему предельному значению (рисунок 2). Еслиподобная ситуация складывается на небольшой волне, которая чуть-чуть меняет направление излучения, то прибор будет рисовать сложный рельеф с большим перепадом глубин.

    При попадании в конус луча части каменистого дна, состоящей из некрупного щебня, или на гряду мелких камней, эхолот интерпретирует этот рельеф, как толстый слой ила из-за того, что отраженный сигнал приходит и от поверхности, и от основания камней (рисунок 3).

    Теперь начинаем неспешное движение нашего плавсредства. Все в точности повторяется, только уже вполне реальны изменения и глубины, и рельефа дна, и состав грунта дна. Посмотрим, какие варианты могут повстречаться на пути. Прохождение препятствия (рисунок 4) даст на экране несколько искаженную картинку, так как острый пик не имеет достаточно поверхности для отражения сигнала нужной нам мощности, поэтому не все детали отобразятся на экране прибора.

    Некоторое разочарование может постигнуть наблюдателя и при движении лодки вдолб свала, потому что эхолот будет видеть лишь смое дно по той причине, что сигнал, благополучно отражаясь от стенки, уйдет в сторону и пройдет мимо датчика. Это означает, что найти cвал или бровку в олин проход, двигаясь вдоль нее, не удастся. Придется делать несколько проходов по траекториям, пересекающимся в интересующей нас точке (рисунок 5).

    При пересечении лучом подводной канавы она тоже останется не выявленной, если ее ширина окажется меньше диаметра пятна луча на дне (рисунок 6). Если лодка проходит над скоплением больших валунов, не находящихся под килем, но попадающих в зону облучения эхолота, то они появятся на эхограмме не как отдельные камни, а как некое сплошное возвышение, расположенное под лодкой (рисунок 7). Приведенные иилюстрации иеализирую реальную геометрию подводных препятствий и даны здесь для понимания сути процесса и динамики появления картин на экране эхолота. В реальных условиях подводного мира весьма редко встречаются естественные прямолинейные приполдные образования. Даже на достаточно ровной, близкой к плоской, наклоной поверхности может находиться слой песка, ила или какой-то растительности, которые частично отразят сигналы вверх к датчику и дадут возможность сформировать вразумительное изображение. Практика показывает, что именно нагромождения подводных валунов могут дать наименее достоверную картину рельефа дна на экране.

    Следующий фактор, который может несколько услохнить жизнь рыбака — это небольшие подводные препятствия (естественного или искусственного происхождения). которые могут оказаться на дне. У них нет достаточных размеров дл ясоздания эха необходимой громкости, и эхолот их попросту не замечает. Но блесны и воблеры этот «мусор» удерживает на удивление крепко.

    Некоторые выводы

    Итак, результаты проведенного анализа дают неопровержимое понимание того, что:

    • Нарисованная на экране картинка линии дна — это не изобрадение, полученное с выносной видеокамеры, а результат обработки У3 импульсного сигнала со всеми помехами и погрешностями. Происходит перенос реального трехмерного пространства в изображение на экран, то есть на плоскость с двумя измерениями.
    • Сами эхолоты не имеют отечественного или западного ГОСТа (сертификата) и не прошли процедуру поверки в Палате мер и весов как измерительное средство. А значит, все их измерения очень и очень приблизительны. Использование показаний эхолота для тестирования снастей, как правило, некорректно и полученные результаты весьма далеки от истины. При прочих идеальных условиях отклонение от точного измерения глубины может быть в пределах 1-4 %.
    • Картина рельефа дна будет представлена  наиболее искаженно, если плавсредство движется по воде во время сильного ветра и волнения. Постоянное изменение угла наклона излучателя вносит существенные коррективы в работу прибора, еще более снижая достоверность прорисовки эхограммы дна под лодкой. В этой ситуации возможны частые сбои в работе, если излучатель оказывается над поверхностью воды или в зоне, носыщенной пузырьками воздуха.
    • Воздушные пузырьки мешают точной работе прибора при увеличении скорости движения судна. При выходе на режим глиссирования нарушается ламинарное обтекание корпуса датчика, возникают турбулентные завихрения. Они, в свою очередь, затрудняют замеры глубины глубины на скоростях более 20 км/ч.
    • Чувствительность прибора определяет аккустическими и электрическими параметрами схемы, которые могут быть несколько ниже реальных возможностей разрешения ЖК дисплея.

    Как можно побороться за мощность?     

    Решение несколько парадоксально:

    1. Датчик прибора должен быть установлен не горизонтально поверхности воды, а под углом 3-5 градусов вверх по ходу лодки.
    2. Желательна установка датчика не жестко на корпус, а с одной степенью свободы. Так, чтобы он мог перемещаться вверх-вниз вдолб транца под своим весом в набегающем потоке воды. Подобная установка, с одной стороны, вносит некоторую неточность в работу прибора, но, с другой, позволяет эхолоту работать в диапазоне скоростей от 0 до 60 км/ч. Скорость 60 км/ч была максимальной скоростью лодки, на которой произведена эта инсталляция.
    3. Если учесть, что «скорострельность» эхолота на небольших глубинах составляет 10 посылок  в секунду, а двадцатиградусный, центральный луч на глубине 5 метров образует на дне «круг», диаметром около 1 метра, то получается, что на скорости 36 км/ч (10 м/сек.) и более в работе прибора появляются «белые пятна». Будут наблюдаться пропуски поверхности дна в период можду У3 посылками, так как лодка будет ощутимо смещаться за время, прошедшее между подачей сигнала и вернувшимся эхом. Эти явления приведут к тому, что достоверность соответствия эхограммы и реального рельефа дна уменьшается значительно. Если основной луч прибора имеет угол расхождения 8 градусов, то соответственно и «скоростные возможности» такого эхолота будут ниже. Но на небольших скоростях достоверность показа рельефа дна под килем лодки у узкого луча выше. Если основной луч прибора имеет угол расхождения 20 градусов, то, с одной стороны, это понижает достоверность прорисовки эхограммы, но, с другой стороны, увеличивает поверхность обзора и «скоростные возможности».
    4. Использование на основном луче частоты, меньшей 200 кГц, приводит, с одной стороны, к снижению разрешающей способности прибора, но с другой снижает поглощение энергии импульса в толще воды. Что, в свою очередь, позволяет снижать мощность У3 импульса и, как следствие, требует менее мощных и энергоемких источников питания.

    Итог — любой технический параметр эхолота — это баланс компромиссов. Каждая модель эхолотов любой фирмы обладает строго определенными возможностями, «плюсами и минусами». Рыбаку, решившемуся на приобретение такого прибора, необходимо достаточно четко представлять себе, какие задачи будет решать это приобретение.

    Несколько лет использования различных эхолотов привели к пониманию того, что до глубин 3-5 м все задачи успешно решают однолучные приборы. Если глубины в месте лова больше, то и приборы необходимы сложнее.

    По материалам журнала «Рыбацкое подворье»  

    Эхолоты в интернет-магазине eFish

    Как измерить глубину? Вопросы и ответы по физике :: Класс!ная физика


    ИЗМЕРЯЕМ ГЛУБИНУ !

     

     

    Эхолот – технический прибор, в основе которого лежит использование часов для измерения глубины океана. Это принцип гидролокации.

    До изобретения эхолота малые глубины до 4 м измеряли футштоком, т.е. шестом, размеченным в футах, а большие до 500 м – лотом, т.е. гирей, укрепленной на длинном тросе.

    С поверхности океана в глубину посылается звуковой импульс и принимается эхо, отраженное от дна океана. Часы измеряют интервал времени от отправления импульса до возвращения эха. Глубина определяется по запаздыванию эха:

    h = vt / 2,

    где v – скорость звука в морской воде, t – время запаздывания, а двойка в знаменателе учитывает путь туда и обратно, пройденный сигналом.

    Точность измерений зависит от того, насколько точно известна скорость звуковых волн в воде и с какой точностью измеряется запаздывание сигнала.

    Обычный секундомер позволяет измерять время с точностью до десятых долей секунды (т.е. глубину с точностью до сотни метров). Для большей точности используются электронные секундомеры.

    Источник: по материалам книги П.Маковецкого «Смотри в корень»

    Есть еще вопросы по физике? — Отвечаем!

    Вернуться к списку вопросов

    Кто? Что? Где? Как? Куда? Когда? Какой?

    Почему? Каково? Сколько? «Да» или «нет»?

    ВЕНЕРА НА ЛИКЕ СОЛНЦА


    Физику на заметку.


    «Я говорю: увидел Венеру, как родинку на лике Солнца».

    Эти строки написаны на пергаменте, возраст которого более тысячи лет! Автор — ученый-энциклопедист Древнего Востока аль-Фараби.

    Не ошибался ли средневековый астроном? Ведь чтобы увидеть прохождение Венеры по диску Солнца, ему нужно было сначала с высокой точностью рассчитать движение планет, определить день и час затмения.

    Вычисления современных специалистов показали, что в 910 году нашей эры с территории современного Казахстана действительно можно было наблюдать «родинку на лике Солнца».

    НЕБО В АЛМАЗАХ


    Это выражение приходит на ум, когда знакомишься с сообщением о том, что недавно налажен выпуск интегральных микросхем, в которых вместо полупроводниковой подложки используются кристаллы сапфира.


    Такие микросхемы по стоимости во много раз выше традиционных.

    Устали? — Отдыхаем!

    Эхолоты — разбираемся в терминах

     

    Словарь терминов

    3D-режим

    Наличие в эхолоте функции отображения данных в трехмерном виде.

    3D-режим позволяет видеть происходящее под водой не в виде плоской картинки, а в формате значительно более наглядного объемного изображения. Особенно удобен трехмерный режим для отображения участков по бокам от судна.

    GPS-модуль

    Наличие встроенного в эхолот GPS-модуля или возможность его опционального подключения.

    GPS-модуль фактически превращает эхолот в картплоттер — навигационно-картографическую систему. GPS позволяет прокладывать маршрут по специальным «водным картам», содержащим информацию о глубинах, приливных зонах, подводных обломках, а также отмечать путевые точки и т. д.

    Боковое излучение

    Некоторые эхолоты способны излучать дополнительные волны, направленные не вниз, а в стороны. Такое излучение позволяет наблюдать объекты, находящиеся не только под днищем судна, но и впереди или по бокам от него.

    Влагозащищенный корпус

    Наличие влагозащищенного корпуса у эхолота.

    Большинство эхолотов с влагозащищенным корпусом соответствуют стандарту IPX7, который гарантирует защиту прибора при погружении в воду на глубину 1 метр в течение 30 минут.

    Выходная мощность, RMS (от 12 до 4000 Вт)

    Усредненная (RMS) мощность импульса, выдаваемого эхолотом.

    Поскольку эхолот излучает волны не постоянно, а с определенными интервалами (необходимыми на возвращение и обработку звукового сигнала), то значение имеет не только пиковая мощность (то есть мощность непосредственно звукового сигнала), но и усредненная мощность. Чем меньше отношение пиковой мощности к средней мощности, тем на больших скоростях способен работать прибор. Однако ориентироваться следует в первую очередь на пиковую выходную мощность эхолота (см. «Выходная мощность, пиковая»).

    Выходная мощность, пиковая (от 800 до 30000 Вт)

    Мощность импульса, выдаваемого эхолотом.

    Пиковая мощность — это один из главных параметров эхолота. Чем выше мощность трансдьюсера (излучателя и приемника сигналов) эхолота, тем больше глубина эхолокации или интенсивнее импульсы при плохих условиях наблюдения. Также высокая мощность дает лучшую детализацию изображения и позволяет рассмотреть рельеф дна.

    Среди рыбаков бытует мнение, что избыточная мощность пугает рыбу, однако это не доказано, и однозначной точки зрения на этот вопрос нет.

    Датчик скорости

    Наличие встроенного в эхолот датчика скорости или возможность его опционального подключения.

    Датчик скорости в эхолоте помогает точно определять и при необходимости корректировать скорость движения судна.

    Датчик температуры

    Наличие встроенного в трансдьюсер (излучатель и приемник сигналов) датчика температуры воды или возможность его опционального подключения.

    Для успешной рыбалки зачастую необходимо знать температуру воды. Дело в том, что поведение рыб серьезно зависит от температуры окружающей среды. Многие виды реагируют на изменения в десятые доли градуса. Разумеется, серьезную пользу от данных о температуре воды может получить только опытный и наблюдательный рыболов.

    Диагональ экрана (от 1.25 до 21.0 дюйм)

    Диагональ экрана эхолота.

    Обычно измеряется в дюймах, 1 дюйм равен 2.54 см. В большинстве случаев, чем больше диагональ экрана, тем удобнее и комфортнее пользоваться эхолотом. В портативных устройствах размер диагонали экрана находится в пределах от 1.5 до 4 дюймов, у стационарных — до 15 дюймов.

    Длина кабеля трансдьюсера (от 2.0 до 10.0 м)

    Длина кабеля, соединяющего корпус эхолота с трансдьюсером (излучателем и приемником сигналов).

    Если планируется установить излучатель эхолота на значительном расстоянии от его основного блока, то стоит обратить внимание на этот параметр.

    Звуковая сигнализация

    Способность эхолота подавать звуковые сигналы в определенных ситуациях.

    Звуковая сигнализация может применяться, например, при достижении дна нужной глубины или при обнаружении рыбы. С помощью звукового сигнала эхолот способен предупреждать о подводном препятствии на пути судна, например об опасной мели.

    Интервал между объектами (от 4 до 6 см)

    Минимальный интервал между подводными объектами, при котором они отображаются раздельно.

    Чем ниже минимальный интервал при эхолотировании, тем более мелкие и близкорасположенные объекты можно различать на экране прибора. При достаточно малом интервале водоросли не сливаются в сплошное пятно, а скопление мальков не кажется одной крупной рыбой.

     

    Класс влагозащиты

    Степень защиты эхолота от воды.

    Класс защиты устройства от попадания внутрь мелких частиц и влаги указывается в виде аббревиатуры IPXX, где вместо X пишутся соответствующие цифры. Первая цифра обозначает уровень защиты от попадания твёрдых частиц и степень защиты по электробезопасности, а вторая — степень защиты от влаги. Чем больше цифры, тем выше уровень влагозащищенности.

    Класс защиты IPX6 указывает, что сильные струи воды, попадающие на эхолот под любым углом, не оказывают на него вредного воздействия.

    Класс защиты IPX7 гарантирует, что временное погружение в воду не оказывает вредного воздействия на эхолот при стандартных условиях давления и продолжительности погружения (глубина 1 м, время погружения 30 минут).

    Количество лучей

    Чем больше лучей имеет эхолот, тем шире участок, который он способен сканировать и тем подробнее отображаемая информация. Лучи могут отличаться как по углу охвата, так и по частоте, образуя, таким образом, самые различные комбинации.

    Обычно эхолот имеет два луча. Один — более узкий, для точной прорисовки объектов, находящихся под днищем; другой — более широкий, для лучшего охвата.

    Шестилучевые эхолоты способны показывать трехмерное изображение, детально передающее структуру и рельеф дна, а также форму и размер подводных объектов.

    Количество маршрутов (от 10 до 200 )

    Максимальное количество маршрутов, которое можно использовать в эхолоте с GPS.

    Маршрут — совокупность путевых точек, которые определяют траекторию вашего будущего путешествия. Каждый маршрут можно записать в память и считать из памяти эхолота с GPS. При движении по проложенному маршруту эхолот будет указывать направление и расстояние до ближайшей путевой точки.

    Если вы планируете много путешествовать, выбирайте устройство с поддержкой большого количества маршрутов.

    Количество путевых точек (от 12 до 10000 )

    Максимальное количество путевых точек, которое можно использовать в эхолоте с GPS.

    Путевая точка — точка на карте или схеме местности, используемой в GPS-навигаторе эхолота, отмеченная специальным значком. При выборе маршрута будущего путешествия пользователь может заранее отметить на карте путевыми точками ориентиры, по которым в дальнейшем можно будет задавать направление движения. Во время прохождения по проложенному маршруту эхолот будет указывать направление и расстояние до ближайшей путевой точки.

    Помимо этого, находясь в путешествии, пользователь может отметить в качестве путевых точек важные для него места, например, рыбное место на реке, координаты этих точек будут сохранены в памяти и могут использоваться в будущем.

    Во многих моделях эхолотов каждую путевую точку можно отметить отдельной иконкой и прописать к ней название.

    Большинство моделей эхолотов с GPS могут заполнить до 500 путевых точек, у «продвинутых» моделей это количество увеличено до 1000-4000.

    Количество точек в маршруте (от 50 до 20000 )

    При выборе маршрута будущего путешествия пользователь может заранее отметить на карте точками ориентиры, по которым в дальнейшем можно будет задавать направление движения. Во время прохождения по проложенному маршруту эхолот будет указывать направление и расстояние до ближайшей точки.

    Для составления больших и сложных маршрутов путешествий вам понадобится большое количество точек-ориентиров.

    Количество цветов/градаций экрана (от 3 до 260000 )

    Количество поддерживаемых экраном цветов или градаций.

    Чем больше цветов и оттенков способен отображать цветной экран, тем красочнее получается картинка на экране. Наличие нескольких градаций у монохромного дисплея значительно улучшает визуальное представление информации.

    Крепление трансдьюсера

    Трансдьюсер (излучатель и приемник сигналов) может крепиться на транец, на днище лодки, а также иметь универсальное крепление или конструкцию в виде поплавка.

    Транцем называют заднюю часть корпуса судна. Для нормального функционирования эхолота трансдьюсер нужно крепить в местах с минимальным количеством завихрений воды, то есть как можно дальше от лопастей двигателя и неровностей днища. При этом устройство всегда должно находиться в воде. При соблюдении этих условий эхолот работает максимально качественно, давая ясную и верную картину подводного мира.

    Трансдьюсер также может крепиться на днище судна изнутри. Сигнал при этом проходит сквозь днище. Такой способ крепления недопустим, если днище судна изготовлено из металла или дерева. Как правило, трансдьюсер крепится к днищу при помощи эпоксидной смолы. Важно, чтобы он располагался горизонтально или под углом не более 10 градусов. Подробные указания по правильной установке трансдьюсера можно найти в инструкции по эксплуатации эхолота.

    Крепление трансдьюсера может быть универсальным. В этом случае его можно устанавливать как на танец, так и на днище судна.

    В переносных эхолотах используются трансдьюсеры в виде поплавка. Такие устройства просто опускаются в воду и, держась на плаву, передают информацию о рыбе и структуре дна.

    Макс. глубина сканирования в морской воде (от 100 до 210 м)

    Максимальная глубина возможной эхолокации в морской воде.

    Чем больше глубина эхолокации, тем больше возможностей для поиска рыбы. Как правило, лишь один из лучей способен работать на максимальной глубине, поэтому ширина охвата на ней относительно небольшая. Реальная глубина работы зависит от множества факторов, в частности от состава воды. Из-за свойств соленой воды глубина эхолотирования в ней всегда существенно меньше, чем в пресной.

    Макс. глубина сканирования в пресной воде (от 18 до 3000 м)

    Максимальная глубина возможной эхолокации в пресной воде.

    Чем больше глубина эхолокации, тем больше возможностей для поиска рыбы. Как правило, лишь один из лучей способен работать на максимальной глубине, поэтому ширина охвата на ней относительно небольшая. Реальная глубина работы зависит от множества факторов, в частности от состава воды.

    Макс. рабочая температура (от 40 до 75 °C)

    Максимальная температура окружающей среды, при которой возможна корректная работа эхолота.

    Мин. рабочая температура (от -30 до 15 °C)

    Минимальная температура окружающей среды, при которой возможна корректная работа эхолота.

    Общий угол излучения (от 12 до 360 °)

    Общий угол охвата лучей эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Определение размера/глубины рыбы

    Способность эхолота определять размер обнаруженной рыбы, а также глубину, на которой она находится.

    Функция определения размера рыбы может быть весьма полезна. Зная также глубину и скорость ее движения, можно понять, какая именно рыба находится поблизости и какие снасти необходимы для ее ловли.

    Отображение структуры дна

    Способность эхолота отображать структуру дна.

    Рельеф дна способен отображать практически любой эхолот, даже с минимальным набором функций. Однако качественно передавать структуру дна, то есть его плотность и объекты, возвышающиеся над поверхностью, довольно сложно. Данная функция полезна при поиске потенциальных мест скопления рыбы и для решения других задач.

    Питание от батареек/аккумулятора

    Эхолот, питающийся от батареек или аккумулятора, можно использовать автономно. Также такое питание позволяет эксплуатировать эхолот в случае отказа или недоступности бортовой сети.

    Подключение внешнего источника питания (12 В)

    Возможность подключения эхолота к внешнему 12-вольтовому источнику питания.

    При использовании эхолота часто бывает удобно подключить его к бортовой 12-вольтовой электросети. В этом случае время работы устройства не будет ограничиваться емкостью встроенной батареи.

    Подключение компьютера/флэш-накопителя

    Возможность подключения компьютера или флэш-накопителя к эхолоту.

    Такая функция позволяет обновлять прошивку эхолота или загружать в него новые карты при наличии GPS-модуля (см. «GPS-модуль»).

    Подсветка экрана

    Наличие подсветки экрана у эхолота.

    Подсветка экрана увеличивает яркость изображения на экране и позволяет пользоваться эхолотом в темное время суток. Нужно помнить, что при подсветке экрана увеличивается потребление энергии и уменьшается время автономной работы.

    Размер экрана по вертикали (от 10.0 до 113.0 мм)

    Размер экрана эхолота по вертикали.

    Размер экрана важен для стационарных устройств, когда пользователь смотрит на экран устройства с некоторого расстояния.

    Размер экрана по горизонтали (от 11.0 до 150.0 мм)

    Размер экрана эхолота по горизонтали.

    Размер экрана важен для стационарных устройств, когда пользователь смотрит на экран устройства с некоторого расстояния.

    Разрешение экрана по вертикали (от 32 до 1024 пикселов)

    Количество точек экрана эхолота по вертикали.

    Чем выше разрешение экрана, тем выше качество изображения и тем больше информации можно разместить на нем.

    Разрешение экрана по горизонтали (от 32 до 1280 пикселов)

    Количество точек экрана эхолота по горизонтали.

    Чем выше разрешение экрана, тем выше качество изображения и тем больше информации можно разместить на нем.

    Расположение корпуса

    Тип крепления/расположения корпуса эхолота.

    Эхолот может крепиться стационарно, на удилище, на запястье. Также он может быть переносным или обладать универсальным креплением.

    Стационарные эхолоты применяются для установки на катерах, лодках и прочих судах. Как правило, они достаточно массивны, имеют большой экран и множество дополнительных функций, таких как GPS-приемник (см. «GPS-модуль»), датчик скорости (см. «Датчик скорости»), датчик температуры (см. «Датчик температуры») и т. п.

    Эхолоты, крепящиеся на запястье или на удилище, очень компактны и легки, поэтому их ценят любители дальних походов. Неудобство может вызвать лишь маленький экран, информация на котором отображается мелко и не очень подробно.

    Эхолоты могут быть не только стационарными, но и переносными. Такой эхолот можно брать куда угодно, например в лодку или в рюкзак для рыбалки с берега.

    Существуют также универсальные эхолоты, которые можно крепить на судно или переносить вручную.

    Солнцезащитный козырек

    Жидкокристаллические экраны эхолотов «слепнут» на ярком солнце. Поэтому, для комфортного использования эхолота при ярком свете, рекомендуется установить солнцезащитный козырек. Такой козырек может поставляться в комплекте с эхолотом или приобретаться опционально

    Тип

    Тип устройства в зависимости от способа отображения информации.

    Выделяют два основных типа устройств для обнаружения рыбы и различных подводных объектов: эхолоты и флэшеры

    Эхолотом называют специализированный гидролокатор (по-другому, сонар), служащий для определения рельефа дна, а также местоположения и размеров рыбы. При помощи специального излучателя-датчика (трансдьюсера) эхолот посылает ультразвуковые сигналы и принимает их отражения от подводных объектов. Затем на основе полученных данных компьютер создает на дисплее наглядное изображение дна, рыбы и других подводных объектов. Главным недостатком эхолотов считается неприспособленность к зимней рыбалке из-за того, что их жидкокристаллические экраны плохо переносят отрицательные температуры.

    Флэшер имеет тот же принцип работы, что и обычный эхолот, но информация о подводных объектах отображается на нем иначе. Вертикальная линия от поверхности воды до дна на флэшере представлена в круговом виде (как на радаре). Разумеется, для правильного «чтения» такой информации необходимы определенные знания и навыки, поэтому в комплекте с флэшером, как правило, поставляется обучающий DVD-диск. Преимуществами флэшеров являются высокая чувствительность, отсутствие задержек в отображении информации и уверенная работа на морозе.

    Тип экрана

    Тип экрана эхолота.

    Эхолот может быть оснащен черно-белым или цветным экраном.

    Черно-белые экраны требуют дополнительной подсветки. Как правило, их устанавливают на недорогие модели эхолотов. Информация на таких экранах отображается не очень наглядно, но достаточно информативно для эхолота с минимальным набором функций.

    Цветные экраны не требуют дополнительной подсветки, но потребляют существенно больше энергии, чем черно-белые, а также ощутимо увеличивают стоимость эхолота. К тому же цветные жидкокристаллические мониторы «слепнут» на ярком свете. Цветной экран позволяет выводить любую информацию в удобном и наглядном виде, что облегчает пользование эхолотом, особенно имеющим различные дополнительные функции, например, 3D-режим (см. «3D-режим»).

    Трансдьюсер

    Трансдьюсером называют излучатель-датчик, посылающий звуковые сигналы для эхолокации и принимающий их отражения. Трансдьюсер — главный элемент конструкции эхолота.

    Трансдьюсер может быть съемным. В этом случае он поставляется в комплекте или является опциональным, то есть его необходимо приобретать отдельно.

    Увеличение изображения

    Наличие у эхолота функции увеличения изображения.

    Функция увеличения востребована, когда необходимо изучить мелкие детали получаемого изображения. Кроме того, увеличение позволяет просматривать объекты не на всей глубине эхолокации, а только на необходимом уровне (например, на том, где обитает искомая рыба).

    Угол второго луча (от 9 до 120 °)

    Угол охвата второго луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Угол первого луча (от 8 до 180 °)

    Угол охвата первого луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Угол пятого луча (16 °)

    Угол охвата пятого луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Угол третьего луча (от 16 до 90 °)

    Угол охвата третьего луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Угол четвертого луча (от 16 до 86 °)

    Угол охвата четвертого луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Угол шестого луча (16 °)

    Угол охвата шестого луча эхолота.

    Чем шире угол охвата, тем большую область под днищем способен сканировать эхолот. Однако точность эхолотирования с увеличением угла падает.

    Частота второго луча (от 50 до 800 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    Частота первого луча (от 28 до 180000 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    Частота пятого луча (455 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    Частота третьего луча (от 50 до 455 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    Частота четвертого луча (от 455 до 800 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    Частота шестого луча (455 кГц)

    Чем выше частота луча, тем более точную информацию способен давать прибор, особенно во время движения или на малых глубинах. С другой стороны, для больших глубин лучше подходит луч с более низкой частотой, поскольку вода имеет свойство поглощать высокочастотные звуковые колебания.

    ЭНП Конспект короткий — Стр 8

    Точность измерения глубин при бортовой качке ±10° и килевой качке судна:

    -±0,5 м на 20-метровой шкале, или

    -±5,0 м на 200-метровой шкале, или

    -±2,5% от измеряемой глубины (что больше).

    Основной метод представления измеряемых глубин – графический. Запись глубин должна быть видна в течение 15 минут с отметками времени (с интервалом не более 5 минут). Должна быть предусмотрена возможность хранения записи об измеренной глубине и соответствующем времени в течение 12 часов.

    Основные параметры эхолота.

    Максимальная дальность действия.

    Основным эксплуатационным параметром эхолота является его максимальная дальность действия, под которой понимается то максимальное расстояние по глубине или по горизонту, при котором интенсивность Imin и давление pmin акустической волны в точке приема являются наименьшими, при которых возможно выделение сигнала на фоне акустических помех. Различают энергетическую дальность действия при вертикальном зондировании толщи воды и геометрическую – при горизонтальном.

    Звуковое поле отраженной волны определяется тремя основными факторами: коэффициентом отражения, (соотношением акустических сопротивлений воды и грунта), структурой грунта и рельефом дна.

    Параметры зондирующего импульса.

    В пьезоэлектрических преобразователях для их возбуждения применяют электрические импульсы в виде 30 – 40 колебаний рабочей частоты, огибающая которых имеет прямоугольную форму определенной длительности и с определенной частотой следования.

    Длительность импульса τ у современных эхолотов колеблется в пределах от 0,5 до 100 мс.

    Частота следования импульсов.

    Частота посылок fп зависит от запроектированной максимальной глубины hmax, диапазона значений расчетной скорости со звука и определяет скорость получения информации об отражающих объектах, т.е. количество эхо-сигналов в единицу времени. Иными словами, каждый посланный сигнал должен однозначно идентифицироваться в виде отраженного и не накладываться на другие.

    Рабочая частота.

    Это одна из основных технических характеристик эхолота.

    Для надежного измерения минимальных и максимальных глубин используют две рабочие частоты: высокую – для измерения малых глубин и низкую – для измерения больших глубин. В технических характеристиках современных навигационных эхолотов часто указываются две частоты, например, 200 кГц и

    50кГц.

    Ширина характеристики направленности антенны.

    Этот параметр навигационного эхолота рассчитывают так, чтобы в условиях качки заданной интенсивности обеспечивался надежный прием эхо-

    Глубиномер | измерительное устройство

    Глубиномер , также называемый эхолотом , устройство, используемое на кораблях для определения глубины воды путем измерения времени, которое требуется звуку (звуковому импульсу), издаваемому чуть ниже поверхности воды, чтобы вернуться или эхом, со дна водоема. Звуковые эхолоты используются практически на всех важных классах кораблей, военно-морских и торговых, а также на малых судах.

    Звуковые импульсы также отправляются для обнаружения подводных объектов по тому же принципу.Во время Второй мировой войны название гидролокатора ( q.v. ) применялось по аналогии с радаром, и устройство широко использовалось для обнаружения подводных лодок. Помимо защиты судов от мелководья, мирное время используется для поиска рыбы, измерения толщины льда в арктических регионах и создания океанографических карт. Звуковые глубиномеры можно использовать многократно, записывая тысячи замеров в час, чтобы подготовить профиль дна океана. Гидрографы используют эхолоты при составлении карт океанов и в исследовательских работах для обнаружения подводных вершин и отмелей.

    Один из первых практических эхолотов, так называемый звуковой эхолот Хейса, разработанный ВМС США в 1919 году, состоял из (1) устройства для генерации и отправки звуковых волн на дно океана и приема отраженных волн и (2) таймер, откалиброванный по скорости звука в морской воде, которая напрямую указывает глубину воды. Примерно в 1927 году подобное устройство было изготовлено под торговой маркой Fathometer. Основные принципы, использованные в этих ранних устройствах, не претерпели значительных изменений.

    В современной системе передатчик подает мощный импульс электрической энергии, а преобразователь преобразует импульс в волну акустического давления в воде и принимает его эхо, преобразовывая его обратно в электрическую энергию, которую можно усилить и подать на показатель. Обычно используются звуковые частоты менее 15 килогерц.

    Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

    Эхолот — GIS Wiki

    Иллюстрация эхолота. Эхо-зондирование — это метод использования звуковых импульсов, направленных с поверхности или с подводной лодки вертикально вниз, для измерения расстояния до дна с помощью звуковых волн. Эхолот может также относиться к гидроакустическим «эхолотам», определяемым как активный звук в воде (сонар), используемый для изучения рыб. При гидроакустических оценках для оценки биомассы и пространственного распределения рыбы традиционно использовались мобильные съемки с лодок. И наоборот, методы фиксированного местоположения используют стационарные преобразователи для отслеживания проходящей рыбы.

    История

    После катастрофы Титаника в 1912 году немецкий физик Александр Бем провел некоторые исследования, чтобы найти способ обнаружить айсберги. Он открыл технику эхолокации, которая оказалась неэффективной при обнаружении айсбергов, но отличным инструментом для измерения глубины моря. Изобретение Бема было запатентовано в 1913 году. Хотя первые серьезные попытки количественного определения биомассы рыбы были предприняты в 1960-х годах, основные достижения в оборудовании и технологиях были достигнуты на плотинах гидроэлектростанций в 1980-х годах.Некоторые оценки отслеживали прохождение рыбы 24 часа в сутки в течение более года, давая оценки скорости уноса рыбы, размеров рыбы, а также пространственного и временного распределения.

    В 1970-х годах была изобретена технология двойного луча, позволяющая напрямую оценивать размер рыбы на месте с помощью силы цели. Первая портативная гидроакустическая система с разделенным лучом была разработана HTI (Hydroacoustic Technology, Incorporated) в 1991 году и обеспечивала более точные и менее изменчивые оценки силы цели рыбы, чем двухлучевой метод.Это также позволило отслеживать рыбу в 3D, давая каждой рыбе путь плавания и абсолютное направление движения. Эта особенность оказалась важной для оценки пойманной рыбы при водозаборе, а также для изучения мигрирующих рыб в реках. За последние 35 лет во всем мире были проведены десятки тысяч мобильных и стационарных гидроакустических оценок.

    Техника

    Расстояние измеряется путем умножения половины времени от исходящего импульса сигнала до его возврата на скорость звука в воде, которая приблизительно равна 1.5 километров в секунду. Эхолот — это, по сути, специальное приложение гидролокатора, используемое для определения местоположения дна.

    общего пользования

    Помимо помощи в навигации (на большинстве крупных судов будет хотя бы простой эхолот), эхолот обычно используется для рыбной ловли. Перепады высоты часто представляют собой места скопления рыб. Также будут зарегистрированы косяки рыб. На большинстве карт глубин океана используется средняя или стандартная скорость звука. Если требуется более высокая точность, к регионам океана могут применяться средние и даже сезонные стандарты.Для глубин с высокой точностью, обычно ограничиваемых специальными или научными исследованиями, датчик может быть опущен для наблюдения факторов (температуры, давления и солености), используемых для расчета скорости звука и, таким образом, определения фактической скорости звука в местной толще воды.

    Особые приложения

    В районах, где требуется детальная батиметрия, можно использовать автономный подводный аппарат (АНПА) для создания карты с высоким разрешением. Эти карты составляются с использованием многолучевого эхолота (MBES), который измеряет время, необходимое звуковому импульсу, излучаемому АПА, на дно океана и обратно.Передающие и прослушивающие устройства MBES известны как преобразователи. Хороший MBES будет иметь около сотни преобразователей, выходные сигналы которых можно комбинировать таким образом, чтобы усилить звук, передаваемый в определенном направлении или поступающий с него. Этот метод известен как формирование луча . Время прохождения и направление возврата звука можно преобразовать в глубину относительно АПА. Вертикальное положение АПА в океане определяется с помощью манометра.Точность этого процесса составляет порядка сантиметров.

    См. Также

    • Акустическая океанография
    • AUV
    • Fisheries Acoustics
    • Эхолот
    • Гидроакустика
    • Эхолот
    • Линия зондирования
    • Зондирования
    • Подводная акустика

    3. ПРИНЦИПЫ ПРИБОРОВ ДЛЯ АКУСТИКИ РЫБОЛОВСТВА

    3. ПРИНЦИПЫ ПРИБОРОВ ДЛЯ АКУСТИКИ РЫБОЛОВСТВА

    3.1 Эхолот
    3.2 Аналоговый эхолот
    3.3 Цифровые эхолоты
    3.4 Контрольно-измерительные приборы

    Эхолоты передают импульс акустической энергии вниз к морскому дну и измеряют общее время, затрачиваемое на его прохождение через воду, то есть путь наружу и обратный путь. Если измеренное время составляет одну секунду и известно, что скорость акустических волн составляет 1500 м / с, глубина, очевидно, будет (1500 x 1) / 2 метра = 750 м.

    Используя самописец с медленно движущейся бумагой для отображения времени передачи, а затем отраженных сигналов по мере их возвращения, создается история глубины и топографии морского дна в прошлом.Если система достаточно чувствительна, она также будет отображать эхосигналы от рыбы, но это просто указание на их относительную численность. Необходимы инструменты, способные производить количественные акустические измерения, а также методы их преобразования в цифры абсолютной численности рыбы. Для этого были разработаны эхолоты с точными характеристиками. Их сигналы подаются на специально разработанный инструмент, эхо-интегратор, который выбирает и обрабатывает их различными способами.В этом разделе мы сначала рассмотрим эхолот.

    3.1.1 Временная развертка
    3.1.2 Преобразователь
    3.1.3 Преобразователи и акустические лучи
    3.1.4 Приемник-усилитель
    3.1.5 Отображение и регистрирующие сигналы
    3.1.6 Бумага для записи

    Существует множество устройств, каждый из которых выполняет свои функции, которые в совокупности образуют законченную систему для измерения акустических сигналов, связанных с водной биомассой.Эхолот состоит из передатчика, преобразователя, усилителя приемника и временной развертки / дисплея. На рисунке 17 представлена ​​блок-схема, показывающая взаимосвязь этих блоков. Блоки 1, 2, 4 и 5 обычно содержатся в одном шкафу, и часто требуется только подключение преобразователя (блок 3) для измерения глубины. Операция следующая.

    Развертка по времени (блок 1) инициирует электрический импульс для включения (модуляции) передатчика, который, в свою очередь, генерирует импульс центральной частоты (f) и длительностью (p) для подачи питания на датчик (блок 2).Электрическая энергия преобразуется преобразователем в акустическую энергию в импульсе длиной cp, который излучается в воду, озвучивая объекты на своем пути. Эхо от этих объектов возвращается, чтобы преобразовать обратно в электрические импульсные сигналы с помощью обратного процесса в преобразователе. Эти сигналы обычно очень малы, поэтому они усиливаются, но избирательно, относительно времени, в течение которого они возникли после передачи (изменяемое во времени усиление, ВРЧ). Это компенсирует потери мощности при выходе из датчика и затем обратно к датчику.После процесса ВРЧ сигналы демодулируются (обнаруживаются), то есть информация, которую они содержат, амплитуда и длительность, извлекаются. В этой форме сигналы могут маркировать бумагу или обрабатываться эхо-интегратором. Теперь рассмотрим агрегаты более подробно.

    3.1.1 Временная база

    Одна функция временной базы (блок 1) состоит в обеспечении «часов», которые устанавливают точность измерения глубины, другая — в управлении скоростью (P), с которой выполняются передачи.

    В разделе 2.7 мы видели, что, за исключением экстремальных условий, влияние солености и температуры на скорость акустической волны не очень значимо для промысловых съемок. Это означает, что скорость «часов» временной развертки может быть установлена ​​относительно номинальной скорости акустических волн, и для большинства морских целей принято значение 1500 м / с. Эта скорость точна для температуры 13 ° C и солености 35 ‰ (см. Рисунок 9). При экстремальных температурах, показанных на этом рисунке (но при той же солености 35 ‰), могут возникать ошибки глубины около 3%, т.е.е. при 30 ° C зарегистрированная глубина будет на 3% меньше истинной глубины и наоборот при 0 ° C. Временная шкала может состоять из двигателя «постоянной» скорости, приводящего ручку в движение по бумаге для записи, или электронной схемы, управляющей пятном света, движущимся по поверхности электронно-лучевой трубки. В любом случае он также используется для инициирования «триггерного» импульса, который отмечает точку передачи, т.е. ноль на шкале глубины.

    Импульс запуска называется так потому, что он «запускает» или «запускает» передачу от эхолота.Это важно, потому что это всегда должно происходить в точно определенный интервал времени, выбранный таким образом, чтобы частота импульсов передачи (P) в секунду, иногда называемая частотой повторения импульсов (PRF), подходила для исследуемой глубины воды. . То есть достаточно продолжительный интервал между импульсами, чтобы все эхо-сигналы, полученные в результате одной передачи, вернулись перед следующей передачей. Этот коэффициент регулируется переключателем глубины эхолота, т.е. производитель устанавливает подходящую частоту повторения импульсов для каждой шкалы глубины.

    3.1.2 Преобразователь

    Передатчик (блок 2 на рисунке 17) запускается по временной развертке с частотой P, импульсов в секунду. Каждый «триггер» запускает схему длительности импульса (символ t), он работает в течение выбранного времени, и в течение этого времени фактическая частота эхолота передается на усилитель мощности, который, в свою очередь, подключен к преобразователю. Цепь длительности импульса высвобождает определенное количество циклов с правильной частотой. Если частота 38 кГц, мы знаем из раздела 2.7 видно, что периодическое время t (время, необходимое для завершения одного цикла) равно t = f -1 , т.е.

    t = 1/38000 = 26 x 10 -6 секунд или 26 мс.

    Рисунок 17.

    Если передается 20 циклов, длительность импульса

    t = 20 x 26 мс = 520 мс или 0,52 мс.

    Мы знаем, что акустические волны распространяются со скоростью (c) 1500 м / с, поэтому расстояние , пройденное за это время, составляет

    кт (12)

    , который в данном примере

    1500 x 520 x 10 -6 = 0.78 м импульс длина

    то есть реальная физическая длительность импульса в воде.

    Это важный параметр рыболовного эхолота, потому что

    (a) он определяет вертикальное (глубинное) разрешение между целями, то есть между одной рыбой и другой, или между рыбой и морским дном. Минимальное расстояние между любыми объектами X и Y, достаточное для разделения их эхо-сигналов, составляет
    кт / 2 (13)

    , это показано на Рисунке 18 и обсуждается далее в Разделе 9.4.2. Чем короче , тем лучше разрешение.

    (б) влияет на передаваемую энергию. Чем дольше пульс в воде, тем больше вероятность обнаружения целей на больших расстояниях, потому что средняя мощность увеличивается.

    Рисунок 18.

    Существуют физические ограничения на минимальную длительность импульса, которую можно использовать, и на величину мощности, которую можно передать, которые не связаны с передатчиком.

    Усилитель мощности в передатчике увеличивает выходную мощность до нескольких сотен ватт или даже до нескольких кВт, и этот уровень мощности должен оставаться исключительно постоянным. Он измеряется с подключенным преобразователем, либо путем взятия размаха напряжения, его преобразования в среднеквадратичное значение, последующего возведения в квадрат и деления на сопротивление преобразователя RR (см. Раздел 3.1.3 о RR).

    (14)

    или, может быть, удобнее считывать напряжение от пика до пика напрямую, тогда

    Мощность = (В 2 размах) / 8RR (15)

    3.1.3 Преобразователи и акустические лучи

    Хотя во всех эхолотах есть отдельные цепи передатчика и приемника, обычно для передачи и приема используется только один преобразователь. Преобразователь можно описать как преобразователь энергии; во время передачи его вход электрический, а выход акустический; для приема вход акустический, а выход электрический. По функциям он похож на комбинированный громкоговоритель и микрофон, но разные акустические свойства воды означают, что невозможно использовать одни и те же конструкции.Кроме того, в воде возможна гораздо более высокая эффективность преобразования энергии, чем в воздухе. При использовании для передачи преобразователь называется проектором, а при приеме — гидрофоном. Подводные преобразователи используют эффект, при котором фактические размеры куска материала меняются под действием магнитного (магнитострикционного) или электрического (электрострикционного) поля. Если поле следует за электрически приложенными колебаниями, результирующее изменение размеров вызовет колебания акустического давления с той же частотой.Противоположный эффект возникает, когда акустическое эхо воздействует на поверхность преобразователя, размеры изменяются, создавая напряжение на клеммах, которое изменяется в соответствии с эхом.

    В области, близкой к лицевой стороне преобразователя, аксиальная акустическая интенсивность сложным образом изменяется между максимальным и минимальным уровнями. Когда преобразователь расширяется, он оказывает давление на воду, непосредственно контактирующую с ним, вызывая таким образом сжатие. Когда преобразователь сжимается, давление снижается, вызывая разрежение.Эти эффекты сжатия и разрежения проецируются вперед, все еще сохраняясь в пределах размеров , равных размерам лицевой поверхности преобразователя, до тех пор, пока не будет достигнуто расстояние, как показано на рисунке 19. Объем, заключенный в пределах этого расстояния, и размеры лицевой панели преобразователя известны как ближнее поле.

    Рисунок 19.

    Внутри ближнего поля (иногда называемого зоной дифракции Френеля) и дальнего поля, если на то пошло, расстояние от любого края лицевой поверхности преобразователя до точки на оси составляет больше, чем расстояние от грани по оси до той же точки.Если мы рассмотрим изменение расстояния до данной точки для всех вибраций, покидающих лицевую панель преобразователя, можно визуализировать интерференционные эффекты, которые возникают и вызывают максимумы и минимумы акустической интенсивности. Для практических целей ближнее поле заканчивается, а дальнее поле начинается на расстоянии R от

    R = 2L 2 л -1 (16)

    где

    L — длина самой длинной стороны преобразователя, или его диаметр
    l — длина волны
    как L, так и l в метрах.

    Минимальное расстояние для измерений показано в главе 7, рисунок 44.

    Интенсивность звука от проектора максимальна на оси луча (рис. 20), она уменьшается по мере увеличения угла от оси, пока не будет достигнут первый ноль диаграммы реакции. За углом этого нуля находится первый боковой лепесток, который сам стремится к нулю под еще большим углом, и картина продолжается, причем каждый боковой лепесток имеет все меньшую чувствительность, чем больше его угол от оси.

    Рисунок 20.

    Угол луча обычно не измеряется до первого нуля для справочных целей, он всегда измеряется до угла, при котором отклик вдвое меньше, чем на оси.

    10 log 1/2 = -3 дБ

    , а опорный угол обозначается как половина угла q / 2 к уровню половинной мощности, то есть от оси к углу, при котором отклик составляет -3 дБ. На рисунке 20 показана полярная диаграмма фактического отклика преобразователя, которая иллюстрирует соотношение главного лепестка и боковых лепестков, когда L >> l полный угол луча q может быть рассчитан с хорошим приближением из

    q = 57.3 л л -1 (17)

    где

    L и l в м
    q в градусах
    57,3 — количество градусов в радианах
    l — длина волны
    L — диаметр круглой грани или длина прямоугольной грани.

    Путем изменения расположения мы можем найти длину активной поверхности преобразователя, шаблон которой показан на рисунке 20.

    L = 57,3 л каждые -1 (18)

    Конечно, если преобразователь прямоугольный, он будет иметь другой угол луча в направлении спереди назад, чем в направлении из стороны в сторону.Однако если предположить, что вышеуказанный преобразователь является круглым (диаметр L) и имеет резонанс на частоте 38 кГц,

    l = cf -1 = 1500 ÷ 38 x 10 3 = 3,95 x 10 -2 м
    L = 57,3 x 3,95 x 10 -2 ÷ 12,5 = 0,18 м

    Общее правило для датчиков: чем уже луч, тем больше датчик.

    Свойство преобразователей, связанное с углом луча, — это индекс направленности DI. Для настоящей цели он может быть определен как отношение акустической интенсивности, передаваемой или принимаемой преобразователем с полным углом луча q, к интенсивности всенаправленного преобразователя.Другими словами, это мера того, в какой степени преобразователи могут концентрировать передаваемую или принимаемую акустическую мощность. Рисунок 21 иллюстрирует это.

    Рисунок 21. (a)

    Рисунок 21. (b)

    Рисунок 21. (c)

    Для кругового датчика приблизительное выражение для DI имеет вид

    DI = 10 log (2p al -1 ) 2 (19)

    где

    a = радиус в м
    l = длина волны в м

    Применяя это к датчику выше

    DI = 10 log ((6.28 x 0,18 / 2) ÷ 3,95 x 10 -2 ) 2 = 23 дБ

    Если преобразователь имеет квадратную или прямоугольную форму и имеет длину самой короткой стороны,

    L >> l, тогда
    DI = 10 log 4p A l -2 (20)

    , где A = площадь лицевой поверхности преобразователя

    если известен угол луча, но площадь не указана

    DI = 10 log 4p / (q 1 / 57,3 )(q 2 / 57,3) (21)

    где

    q 1 , (градусы) — полный угол луча в одном направлении
    q 2 , (градусы) — полный угол луча в другом направлении.

    Важным свойством преобразователей является их частотная характеристика. Преобразователи, используемые для целей рыбопромысловых съемок, резонируют на определенной частоте, часто называемой частотой эхолота, например. 38 кГц. Но если бы они реагировали только на эту частоту, необходимо было бы использовать бесконечно длинную передачу, что сделало бы невозможным эхо. С другой стороны, если мы попытаемся использовать бесконечно короткий импульс, преобразователь должен будет реагировать на бесконечное количество частот.Это связано с тем, что прямоугольный импульс состоит из бесконечного числа синусоидальных волн разной частоты. К счастью, разумная форма импульса может быть достигнута с относительно небольшим конечным числом частот, так что можно пойти на компромисс.

    Дизайн и конструкция преобразователя определяют его частотную характеристику или полосу пропускания (BW), как это известно. Полоса пропускания определяется как количество Гц между частотой по обе стороны от резонансной частоты, где отклик преобразователя составляет -3 дБ от максимума.Невозможно изменить полосу пропускания датчика, что означает, что

    (а) минимальная длительность импульса
    (б) максимальная полоса пропускания усилителя приемника. (См. Следующий раздел.)

    Форма кривой полосы пропускания определяется фактором, называемым Q.

    Q = Резонансная частота / f 2 — f 1 (22)

    f 2 — самая высокая частота, при которой отклик = -3 дБ,
    f 1 — самая низкая частота, при которой отклик = -3 дБ.

    Обычно Q может составлять от 10 до 15 для преобразователя 38 кГц.

    Для того, чтобы импульс пропускался без уменьшения его амплитуды и чрезмерного искажения его формы, минимальная ширина полосы должна быть

    BW = 2т -1 (23)

    При Q = 10 и f = 38 кГц (резонансная частота)

    BW = 3,8 кГц

    значение длительности импульса, чтобы соответствовать этому,

    t = 2 / (BW) -1 = 2/3.8 x 10 3 = 526 x 10 -6 т.е. 526 мс или 0,526 мс

    Обратите внимание, что хотя для сохранения формы импульса необходима широкая полоса пропускания, чем больше полоса пропускания, тем больше шума попадает в приемную систему. Этот момент обсуждается в главе 4.

    Два других свойства датчиков важны для полного понимания их использования и применения в промысловых съемках; электрическое сопротивление и эффективность преобразования энергии. В разделе 2.1 сопротивление R электрической цепи было нитью накала лампы (преобразователя энергии). Мощность в цепи была связана с квадратом напряжения или тока, пропорционального сопротивлению. Функция преобразователя чрезвычайно сложна, но в принципе метод расчета потребляемой мощности аналогичен методу, применяемому к лампе. Преобразователь не имеет простого сопротивления на своих выводах, вместо этого он имеет импеданс. Этот термин используется, когда в цепи присутствует комбинация сопротивления и реактивного сопротивления (сопротивления переменному току).Влияние реактивного сопротивления зависит от частоты, но оно не рассеивает мощность, а препятствует протеканию тока в соответствии с частотой. Его действие отменяется использованием равного реактивного сопротивления с противоположным знаком. Нам нужно значение эффективного сопротивления, обычно называемого радиационной стойкостью (RR) преобразователя. Измерение RR — непростая операция, но производители обычно предоставляют это значение, чтобы можно было произвести расчеты мощности.

    Эффективность преобразователя (h) определяется как процентное отношение выходной мощности к входной мощности, независимо от того, является ли она электрической к акустической (передача) или обратной (прием).Обычно КПД магнитострикционных преобразователей составляет от 20 до 40%, а электрострикционных датчиков — от 50 до 70%.

    Чувствительность преобразователя (SRT) в качестве приемника акустических волн выражается в количестве дБ относительно одного вольта на каждый микропаскаль давления, то есть дБ / 1 В / 1 м Па. Это нормально. для SRT должно иметь значение где-то в диапазоне от -170 до -240 дБ / 1 В / 1 м Па (-170 является наиболее чувствительным из них). Примерная цифра дается как

    SRT = 20 log (2.6 x 10 -19 ч A RR) 1/2 дБ / 1 В / 1 м Па (24)

    где

    h -% (например, 50% = 0,5)
    A — площадь поверхности преобразователя в м 2
    RR — сопротивление излучения в омах.

    Это подходящий момент для рассмотрения приемной системы за пределами преобразователя.

    3.1.4 Приемник-усилитель

    Это блок 4 рисунка 17, обычно самый сложный электронный блок в эхолоте. Схема, иллюстрирующая основные функции усилителя приемника, представлена ​​на рисунке 22.Назначение всего блока — усиление сигналов VRT, полученных от преобразователя, точно контролируемым образом и представление их на следующие инструменты (эхо-интегратор или эхосчетчик) с подходящим уровнем амплитуды для дальнейшей обработки.

    Рисунок 22.

    Начиная со входа блока 1 на рисунке 22, выход преобразователя электрически согласован со входом приемника, то есть с точки зрения импеданса и полосы частот.Иногда полоса пропускания приемника регулируется с помощью переключателя, чтобы точно соответствовать длительности передаваемого импульса t, BW »2t -1 . Несмотря на то, что значения чувствительности -3 дБ по обе стороны от резонанса указываются так же, как и для преобразователя, полоса пропускания приемника часто регулируется до тех пор, пока отклик не станет по крайней мере на 40 дБ ниже максимума. Обычно обеспечивается «полосовая» форма отклика, потому что она позволяет проходить от входа только тем частотам, которые лежат в пределах полезной полосы, тем самым сводя к минимуму эффекты широкополосных помех высокого уровня.

    Общее усиление или коэффициент усиления G определяется как

    G = 20 log VR / VRT дБ (25)

    где

    VR — выходное напряжение
    VRT — минимальное обнаруживаемое напряжение с преобразователя.

    Общий отклик приемника определяется как напряжение VR (дБ / 1 В) относительно акустической интенсивности 1 м Па на лицевой стороне преобразователя. Коэффициент усиления должен точно контролироваться в зависимости от глубины, и блоки 1 и 2 на рисунке 22 автоматически изменяют настроенное усиление усилителя в зависимости от времени после передачи.Это известно как ВАРУ с изменяемым во времени усилением, и составляющие его схемы — это генератор и контроллер ВРЧ, см. Разделы 4.2; 7.2.2. В начале каждого периода зондирования импульс запуска передатчика также запускает схему управления генератором ВАРУ (блок 2) после фиксированной задержки, часто на глубине 3 м, но она может быть меньше.

    Современные схемы ТВГ работают в цифровом виде; для каждого небольшого приращения времени происходит соответствующее изменение коэффициента усиления в усилителе, скорость изменения которого зависит от того, какой закон ВРЧ используется, см. раздел 4.2 для подробностей. При правильно функционирующей ВАРУ откалиброванное выходное напряжение VR от усилителя приемника не зависит от глубины до цели, предпочтительно с точностью ± 0,5 дБ или лучше на любой глубине, на которой рассчитана работа ВАРУ. Это, конечно, при условии, что TS цели не меняется с глубиной.

    В дополнение к запускающему импульсу, который инициирует синхронизацию в начале каждого периода зондирования, есть еще один вход для ВРЧ. Это коэффициент поглощения a, который схемы ВАРУ должны компенсировать.Значение a определяется в начале исследования и переключается или вводится с клавиатуры в цепь ВРЧ, где оно остается неизменным до тех пор, пока условия не изменятся настолько, что его необходимо обновить, см. Раздел 2.6.1.

    Все усилители создают некоторый шум, т.е. при отсутствии входного сигнала от преобразователя или при замене только согласованного резистора на выходе будет некоторый шум; собственный шум приемника. Этот электрический шум всегда должен быть ниже самого низкого уровня акустического шума, который может возникнуть при очень низком уровне моря, когда судно находится в неподвижном состоянии, или, при работе на более высоких частотах, уровня теплового шума, см. Раздел 4.7. Собственный шум приемника может быть ниже -n дБ / 1 В относительно входных клемм, но с усилителем ВРЧ не является постоянным. Современные усилители-приемники обычно имеют входную чувствительность 1 мВ или меньше, то есть -120 дБ / 1 В или меньше.

    Максимальная глубина, на которой цель данного размера может быть обнаружена, — это точка, в которой она просто выделяется выше уровня шума, но для целей акустической съемки SNR должно быть больше 10 дБ. С другой стороны, существует максимальный размер или плотность цели, с которой приемник может справиться на коротком расстоянии из-за уровня насыщения цепей.Насыщение приемника определяется как состояние, при котором выходное напряжение больше не соответствует входному напряжению линейно, то есть коэффициент усиления не является постоянным. Жизненно важно, чтобы характеристика напряжения приемника (усиление) была линейной между крайними значениями уровня сигнала (³ 120 дБ), которые могут встретиться в практических условиях съемки. Разница между минимально используемым сигналом на входе приемника и максимальным входным сигналом, который не вызывает насыщения, составляет динамический диапазон . Типичный динамический диапазон выходного сигнала может составлять 50-80 дБ.Для целей измерения выходное напряжение VR всегда берется с откалиброванного выхода, но обычно есть другой усилитель, который обрабатывает сигналы для целей отображения, либо бумажный самописец, либо дисплей с выпрямленной А-разверткой на электронно-лучевой трубке.

    3.1.5 Отображение и запись сигналов

    После усиления эхо-сигналы по-прежнему имеют форму импульса, содержащего определенное количество циклов на частоте эхолота, рисунок 23 (а). В целях отображения только этот импульс на частоте эхолота дополнительно усиливается, а затем демодулируется, иначе известный как «обнаруженный» или «выпрямленный», рисунок 23 (b).Этот процесс удаляет все следы частоты эхолота, а также либо положительную половину отрицательной половины импульса. Результатом является однонаправленный сигнал постоянного тока, который можно использовать для маркировки бумажной записи или для отклонения луча электронно-лучевой трубки (выпрямленное сканирование «А»). ЭЛТ-сканер с некорректной разверткой «А» принимает сигналы с откалиброванного выхода.

    Рисунок 23.

    Сигналы не могут быть понятны без временной развертки. Функция временной развертки была описана ранее, хотя обычно она является неотъемлемой частью дисплея.Существуют «гребенчатые» самописцы с несколькими щупами, которые используют электронную шкалу времени, но некоторые самописцы научных эхолотов все еще имеют механическую шкалу времени. В этих системах двигатель и редуктор приводят в движение иглу для маркировки по влажной или сухой электропроводящей бумаге, которая медленно протягивается по металлической пластине под углом 90 ° к траектории иглы.

    Когда стилус вращается или перемещается за нулевую отметку на шкале самописца, срабатывают «триггерные» контакты передатчика, вызывая акустический импульс от датчика.Пока перо продолжает двигаться по бумаге, эхо-сигналы начинают возвращаться и маркируют бумагу в момент их прибытия. Когда стилус снова достигает нулевой отметки, бумага протягивается так, что последовательные измерения просто отделяются друг от друга, давая знакомую запись. Регистратор времени обычно генерирует временные метки, и для целей акустической съемки важно иметь данные из судового журнала, чтобы отмечать на бумаге конец каждой морской мили или какой-либо другой единицы времени или расстояния.

    3.1.6 Регистрационная бумага

    Влажная бумага чувствительна к слабым сигналам и имеет хороший динамический диапазон по сравнению с сухой бумагой (способность отображать диапазон различных цветов в зависимости от силы сигнала). Несмотря на ряд недостатков, он до сих пор широко используется. Эти

    1. В процессе производства необходимо тщательно контролировать содержание влаги.
    2. Тщательная упаковка и хранение перед использованием.
    3. Должен быть «запечатан» в самописце для сохранения влаги.
    4.Сжимается при высыхании.
    5. Быстро тускнеет и обесцвечивается на свету.

    Стилусы для влажной бумаги имеют «толстые» полированные кончики и прикладываются к бумаге с постоянным давлением. Компенсация производится за изменение плотности маркировки при изменении скорости вращения. Сухая бумага изготавливается с электропроводящими поверхностями и наполнением из мелкодисперсного углеродного порошка между ними. Стилус из тонкой проволоки проводит высокое напряжение, разрушая лицевую поверхность бумаги и оставляя плотную черную метку.Хотя этот процесс маркировки трудно контролировать и расходуется стилус, меньше проблем с хранением возникает до и после использования. Динамический диапазон составляет около 10 дБ, тогда как для влажной бумаги заявлено около 20 дБ. Регистраторы Multistylus могут использовать как влажную, так и сухую бумагу.

    3.2.1 Демодулятор
    3.2.2 Усилитель
    3.2.3 Порог
    3.2.4 Глубина и интервал Выбор
    3.2.5 Квадрат напряжения
    3.2.6 Квадрат напряжения Интегратор
    3.2.7 Отображение интегрированного Сигналы

    Эхо-интеграторы были впервые использованы в конце 1960-х годов, когда на практике были применимы только аналоговые методы. Несмотря на появление ряда цифровых интеграторов, многие аналоговые блоки все еще используются. По этой причине основные функции обработки сигналов и интегрирования эхо-сигналов сначала описаны со ссылкой на систему Simrad QM. Краткое описание основных характеристик цифровых устройств приводится в разделе 3.3.

    Эхо-интегратор принимает все сигналы с откалиброванного выхода эхолота, см. Диаграмму 1 на рисунке 24. Эти сигналы требуют дальнейшей обработки и возможности для оператора выбирать участки или интервалы водяного столба на глубинах, которые можно отрегулировать, чтобы превратить эхо-интегратор в практический инструмент. Из-за этого существует множество схемных функций, из которых только одна является строго интегратором, но их удобно разместить вместе и называть получившуюся систему единиц эхо-интегратором.Термин интегратор используется в его математическом смысле для измерения площади под кривой зависимости напряжения от времени. Время обычно пропорционально расстоянию, пройденному исследовательским судном, а выходное напряжение пропорционально плотности рыбы. Блок-схема, показывающая основные функции эхо-интегратора, представлена ​​на рисунке 24 (a), а соответствующие формы сигналов — на рисунке 24 (b).

    Рис. 24. (a) Блок-схема аналогового эхо-интегратора (b) формы сигналов, связанные с каждым блоком

    3.2.1 Демодулятор

    Когда управляемые ВРЧ сигналы с откалиброванного выхода эхолота достигают эхо-интегратора, они по-прежнему состоят из синусоидальных волн на частоте эхолота. Было показано, что синусоида имеет равные положительные и отрицательные значения, а информация, которую она несет (модуляция), имеет форму равных положительных и отрицательных изменений амплитуды. Интеграл синусоиды равен нулю, поэтому перед интегрированием информацию необходимо изменить на другую форму.Этот процесс известен как демодуляция, иногда называемая обнаружением или исправлением. Рисунок 23 (a) (b) и блок 2 на рисунке 24.

    Это полностью удаляет как положительную, так и отрицательную части сигнала, так что происходят только отклонения между нулевой и одной полярностью, но они все еще имеют высокую частоту. Дальнейший процесс отфильтровывает высокочастотные полупериоды, и мы остаемся со средним напряжением (то есть « контуром » сигналов) различной амплитуды в зависимости от силы сигнала.В разделе 3 рисунка 24 представлена ​​форма сигнала в разделе 1, когда он был демодулирован. После этого процесса может возникнуть необходимость в усилении сигналов.

    3.2.2 Усилитель

    Условия съемки в отношении плотности рыбы и глубины, на которой она встречается, могут широко варьироваться, поэтому иногда полезно иметь усилитель (блок 3) для увеличения амплитуды сигналов на точно известную величину. Если необходимо интегрировать тонкий слой широко разнесенных целей, сигналы могут быть очень маленькими, так что последующая обработка не может быть выполнена эффективно.Любое изменение амплитуды сигнала важно, поэтому необходим переключаемый тип управления, позволяющий, скажем, использовать усиление 0-10-20-30 дБ. Эти шаги усиления соответствуют изменениям амплитуды в 1, 3,16, 10 и 31,6 раза соответственно.

    3.2.3 Порог

    Эта функция, блок 4 на рисунке 24, связана с регулировкой усиления усилителя, чтобы гарантировать аналогичную работу при каждой настройке последнего. Эффект порогового управления состоит в том, чтобы изменить нулевой эталон формы сигнала постоянного тока на небольшую величину, чтобы подавить шум, который, хотя и находится на низком уровне, может существовать на протяжении всего интервала глубины, что приводит к значительному интегрированному выходному сигналу.Конечно, при расчете окончательных результатов необходимо учитывать настройку порога. Однако, чтобы сделать обработку после порога как можно точнее, величина, вычтенная из каждого сигнала выше порогового уровня, добавляется снова, но точная компенсация не может быть достигнута. Никогда не следует использовать пороговый контроль, если он не является абсолютно необходимым. При использовании с аналоговыми интеграторами он серьезно искажает полученные результаты и не может быть воспроизведен.Влияние на любой порог трудно рассчитать, поэтому использование порога не рекомендуется для количественных измерений.

    3.2.4 Выбор глубины и интервала

    Хотя эхо-интегратор принимает сигналы от всего водяного столба, необходимо иметь средства исключения передачи и донного эхо-сигнала от интегрирования, и это функция блока 5, рисунок 24. Желательно иметь возможность выберите определенные слои глубины в толще воды и измените протяженность слоя и глубину, на которой он начинается.

    В ранних версиях дисковые переключатели управляли настройками, обычно с шагом 1 м. Таким образом, интервал глубин шириной 2 м может быть размещен на глубине 100 м для интегрирования. Действие селектора глубины и интервала инициируется тем же пусковым импульсом, который приводит в действие передатчик и запускает ВРЧ. Это заставляет схему работать в течение времени, пропорционального глубине, на которой требуется начать интегрирование. По достижении этого времени первая схема заставляет другую работать в течение времени, пропорционального требуемому интервалу глубины , это иногда называют электронным сигнальным вентилем.Несмотря на то, что интервал глубины был выбран, сигналы все еще не готовы для интегрирования.

    3.2.5 Квадратное напряжение

    В блоке 6 на рисунке 24 он выполняет одну из наиболее важных функций в интеграторе эхо-сигналов. Это необходимо, потому что сигнальные напряжения V по-прежнему пропорциональны акустическому давлению p. Плотность рыбы пропорциональна акустической интенсивности , которая пропорциональна p 2 .

    Используя отношения и аналогии, обсуждаемые в Главе 2, i.е.

    В аналогично p и V 2 мкВт
    Вт аналогично I, поэтому p 2 мк I

    можно сказать, что возведением напряжений в квадрат они становятся пропорциональными интенсивности. Шаги эффективного усиления 3.2.2 равны 1, 10, 100, 1000 раз, что соответствует 0, 10, 20, 30 дБ соответственно.

    3.2.6 Интегратор квадрата напряжения

    Когда напряжения эхо-сигналов возведены в квадрат, они переходят к блоку 7 на рисунке 24. Именно здесь энергия, представленная площадью под квадратичной кривой напряжения, преобразуется в окончательную форму напряжения постоянного тока, амплитуда которого при любом учитывая , время пропорционально акустической интенсивности сигнала.На рисунке 24 показаны два сигнала, выбранных вентилем INTERVAL, более глубокий из двух частично теряется, потому что он не полностью находится внутри ворот. Форма сигнала постоянного тока в блоке 7 показывает, как напряжение интегратора увеличивается, когда первое эхо-сигнал достигает своего максимума, а затем снова падает. Когда это эхо заканчивается, постоянный ток поддерживается на достигнутом уровне, пока не появится следующий сигнал. Как показано на форме сигнала блока 7, уровень затем снова повышается, когда появляется второй сигнал, в этом случае скорость увеличения больше, чем скорость из-за предыдущего сигнала.Это из-за большей амплитуды.

    На этом этапе интегрирование для одного проиллюстрированного периода зондирования завершено. Хотя эхо-интеграторы обычно имеют возможность отображать единичные интегралы зондирования, оно имеет ограниченную ценность, и нормальное устройство позволяет интегралам накапливаться за заданный период времени или морскую милю, после чего интегратор сбрасывается и DC напряжение снова начинается с нуля.

    3.2.7 Отображение интегрированных сигналов

    Простейшей возможной формой отображения является вольтметр постоянного тока аналогового или цифрового типа (подробности см. В главе 7), но это не очень удобно, например, когда происходит сброс, показания теряются.Обычно предоставляется записывающий вольтметр, который отображает и записывает выходной сигнал интегратора на термочувствительной бумаге. Таким образом, вариации интенсивности эхо-сигнала могут быть связаны с положениями на пути судна.

    3.3.1 Simrad QD Integrator
    3.3.2 Biosonics DE1 120 Integrator
    3.3.3 AGENOR Integrator
    3.3.4 Furuno FQ Integrator

    Самые последние инструменты, разработанные для оценки рыбных запасов, основаны на цифровых методах.Они имеют функции, аналогичные аналоговой системе, описанной в разделе 3.2, но цифровые инструменты обладают большей универсальностью и по своей сути более точными.

    Компьютерные технологии, лежащие в основе цифровых систем, становятся обычным явлением в повседневной жизни, но из-за их относительно недавнего применения в акустике рыболовства они могут создавать проблемы для тех, кто устанавливает, эксплуатирует и обслуживает такое оборудование, пока они полностью не ознакомятся с ним. Цифровые методы и компьютерные технологии обеспечивают высокую скорость и точность работы, избегая проблем смещения и стабильности, присущих чувствительным аналоговым системам.Цифровая схема имеет только два состояния: ВЫКЛ или ВКЛ, соответствующие 1 или 0 соответственно. Они известны как двоичные цифры (или биты).

    Сигналы от эхолота являются аналоговыми, они преобразуются с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в «слово», состоящее из нескольких битов, например цифровые интеграторы Simrad и Biosonics используют 12-битные слова. Описание функций, выполняемых в эхо-интеграторе, было упрощено на примере Simrad QM, поскольку формы сигналов по всей системе иллюстрируют, что происходит.

    В цифровом блоке после АЦП нет ничего подобного для визуализации, есть просто цифровые слова, над которыми действуют в соответствии с встроенными программами или инструкциями, вставленными оператором.

    Многие функциональные возможности аналоговых интеграторов присутствуют в цифровых системах, но у них есть и дополнительные. Сразу очевидная разница между системами заключается в способе управления ими. Вместо большого количества элементов управления на передней панели, с помощью которых можно настраивать различные функции оборудования, оператору цифрового устройства предоставляется клавиатура компьютерного типа для ввода инструкций.Внутри находится компьютер плюс микрокомпьютер или микропроцессор, память для программы, интерфейс, отдельная память данных и регистратор данных, отображающий результаты на печатном листе записей.

    3.3.1 Simrad QD Integrator

    Оборудование QD состоит из двух небольших стоечных модулей и клавиатуры. Часть системы называется препроцессором QX Integrator, который, хотя и специально разработан для использования вместе с QD в одной версии, может формировать интерфейс между научными эхолотами и любым компьютером общего назначения в других версиях.

    QX принимает входные сигналы нажатием кнопки или по команде программного обеспечения от одного из четырех эхолотов в диапазоне частот 10-200 кГц. Если используются QX510 / QD или QX525 / NORD 10, эхолот может быть выбран терминалом данных. Эти комбинации принимают сигналы с динамическим диапазоном, не превышающим 70 дБ, от -50 до +20 дБ относительно 1 В, т. Е. От 3 мВ до 10 В. Из эхолота поступает нижний импульс, импульс запуска передатчика, цифровой сигнал удержания. ‘для уровня эхо-сигнала и сигнал запрета для эхо-сигналов ниже порогового уровня.Если уровень входного сигнала превышает +17 дБ / 1 В, то есть 7 вольт, на передней панели мигает светодиод (LED), и на QD отправляется предупреждение. Сигналы эхолота преобразуются из аналоговой в цифровую форму перед возведением в квадрат, но порог может применяться либо к аналоговой, либо к цифровой части схемы, либо к обоим. В QX содержатся высокопроизводительный демодулятор, 12-разрядный АЦП, быстродействующий блок возведения в квадрат сигнала и накопитель для сигналов до интегрирования.

    На рисунке 25 показано подключение к внешнему оборудованию, необходимому для всей системы.Обозначения блоков, представляющих основные рабочие функции, не требуют пояснений, но по этому рисунку невозможно судить о практической универсальности или гибкости системы. Описание функций начинается со способа «сортировки сигналов по глубине» в QD.

    Рисунок 25.

    1. Интервалы глубины или «слои», как они описаны (чтобы избежать путаницы с другими типами интервалов в этой системе), могут быть запрограммированы для работы на глубине до 1000 м.Восемь таких слоев доступны в режиме синхронизации передачи, они имеют точность глубины 0,1 м и отбираются на каждые 2,5 см глубины, то есть каждые 33 м с по времени. Чтобы настроить слои выборки глубины, оператор вводит инструкции с клавиатуры для глубины начала и конца каждого слоя, и в записи эхолота появляются линии в требуемых местах. Шаблон глубинных слоев не может быть изменен во время интеграции системы, для изменения необходимо снова использовать «начальную» процедуру настройки.При необходимости каждому слою может быть приписан разный порог. Любые два слоя глубины могут быть выбраны для отображения их интегрированного вывода в миллиметрах отклонения на бумажной записи эхолота.

    2. В дополнение к восьми глубинным слоям, упомянутым выше, есть два слоя с фиксацией дна, которые требуют сигнала дна хорошего качества, т.е. имеют чистый, быстрорастущий передний фронт и должны превышать заданную амплитуду. Если не получено подходящего донного сигнала или если сильные эхосигналы от рыбы могут быть ошибочно приняты за дно, система предотвращает интеграцию.Метод, обеспечивающий правильное соблюдение контура дна, пока позволяют акустические условия, зависит от образования так называемого «окна». Его работу можно визуализировать, рассмотрев прямоугольный импульс, который начинается непосредственно перед нижним сигналом и заканчивается сразу после него. Когда глубина воды превышает 10 м, оконная схема ищет сигнал дна между + 25% или -12,5% глубины, зарегистрированной предыдущим сигналом дна. Если есть три последовательных передачи без появления нижнего сигнала в окне, оно затем открывается на расстояние от 1 до 1000 м для поиска этого сигнала и, как только обнаруживается, снова удерживает его в окне.

    При положительной идентификации сигнал дна можно безопасно использовать в качестве привязки ко времени для привязки слоя к дну с точностью до 0,1 м от дна. В КТ первый слой с запертым дном может простираться от 0,1 м до 100 м над дном. Второй слой с фиксацией снизу может быть установлен на любую высоту выше первого в пределах 127 м. Если оператор не желает «блокировать» систему до минимальной высоты 0,1 м, можно использовать команду смещения от 0 до 1 м.В условиях исключительно мелководья (10 м или меньше) окно ищет сигналы дна в пределах ± 50% от последней записанной глубины. Регистратор данных печатает результаты на листе записи, но, кроме того, интегрированные сигналы от двух выбранных «слоев» появляются в аналоговой форме (отклонение в миллиметрах) на бумажной записи эхолота, рядом с теми эхо-сигналами, из которых они обрабатываются.

    3.3.2 Biosonics DE1 120 Интегратор

    Он содержится в одном устройстве с установленной на передней панели клавиатурой и некоторыми аналоговыми элементами управления.Он может работать вместе с эхолотами, работающими в широком диапазоне частот, но его входные сигналы должны быть демодулированы. На рисунке 26 (a) интегратор показан как часть полной системы акустической съемки, а на рисунке 26 (b) представлена ​​блок-схема аппаратного обеспечения эхо-интегратора. Входные сигналы с максимальным уровнем 7,5 В проходят через АЦП и обрабатываются в соответствии с внутренней программой и инструкциями оператора.

    Рисунок 26. (а)

    Рисунок 26.(б)

    Устройство можно включить в работу, нажав кнопку RESET, после чего на экране над клавиатурой появится сообщение «SELECT SYS MODE». Затем поворотным переключателем можно выбрать один из трех режимов системы.

    1. Интегратор с ручным отслеживанием дна
    2. Интегратор с автоматическим отслеживанием дна
    3. Регистратор данных

    , после чего нажимается кнопка изменения РЕЖИМА, и система готова принять параметры для ввода с клавиатуры после подсказок, которые появляются на экране.Большинство запросов появляются с тем, что называется значением по умолчанию, уже введенным для параметра. Если это значение правильное, нажатие клавиши ENTER сохранит его и вызовет следующее приглашение. Наконец, когда все параметры будут введены, появится «SELECT MODE», и поворотный переключатель повернут в положение RUN, а затем ENTER, чтобы можно было начать интегрирование.

    Можно указать тридцать интервалов глубины. DE1 120 измеряет входное напряжение каждые 134,2 м / с, что соответствует приращениям глубины 0,1 м для c = 1490 м / с.Выбранные значения напряжения выше порога преобразуются АЦП в 12-битное слово. Напряжения эха, появляющиеся в каждом интервале глубин, возводятся в квадрат и суммируются с шагом 0,1 м. После указанного количества передач для каждого интервала глубин рассчитывается окончательное значение суммы квадратов, и полученные значения используются для расчета плотности рыбы по выражению

    л xf = Sxf.A.Bx (P.Nx) -1

    где

    l xf = плотность рыбы для интервала (x) в кг.м -3 или рыб. м -3 в зависимости от единиц постоянной А

    P = количество передач на последовательность

    Nx = количество шагов 0,1 м за (x) интервал

    Bx = константа для коррекции ВАР в интервале (x)

    где

    t = длительность импульса в секундах
    c = скорость акустических волн
    с bs = среднее сечение обратного рассеяния одиночной рыбы в метрах 2 .кг -1 или м 2 .fish -1
    p o = среднеквадратичное давление передаваемого импульса в м Па. 1 м -1
    г x = датчик, кабель, эхолот прирост в Vm Pa -1 . 1 м -1
    означает квадратную диаграмму направленности весовой коэффициент.

    Если проводится только съемка относительной численности, достаточно принять A = 1.

    Бумажный принтер является частью инструмента, из которого записанные данные выдают в конце каждой последовательности.Эти данные также доступны в формате ASCII (американский стандартный код для обмена информацией) через выходной порт RS232 для компьютерной обработки.

    3.3.3 AGENOR Integrator

    Также автономный блок, этот интегратор может работать от эхолотов, работающих на частотах от 10 до 50 кГц. Демодулированные аналоговые сигналы от эхолота дискретизируются каждые 133,3 м с, что соответствует приращению глубины 0,1 м при c = 1550 м / с. АЦП изменяет дискретизированные напряжения на 12-битные слова.

    Системные параметры, относящиеся к съемке, вводятся с клавиатуры на передней панели до начала съемки, но их можно изменить в любое время, хотя эффекты не проявляются до следующей последовательности. Измененные параметры каждый раз распечатываются встроенным принтером и появляются в порту RS232. Блок-схема системы представлена ​​на рисунке 27.

    Рисунок 27.

    Когда AGENOR включен, появляется подсказка «AGENOR VERS-O», и оператор выбирает режим «CHGT PARAM», чтобы разрешить ввод соответствующих параметров.На экране отображается первая строка параметров, а также курсор, который можно увеличивать или уменьшать с помощью клавиш для ввода новых значений. Клавиша ¯ сохраняет завершенную текущую строку, после которой отображается следующая строка параметров.

    Имеется 14 программируемых параметров, некоторые из которых приведены ниже.

    2, 3 и 4, Количество передач: Количество минут на последовательность: Количество 0,1 морской мили на последовательность

    5. Порог, относящийся к АЦП; выбирается оператором, смотрящим на демодулированный сигнал.

    6. Интервал времени, в течение которого работает автоматическое отслеживание дна.

    10. Режим сбора данных

    1: последовательность остановлена ​​и начинается новая, когда достигается номер передачи, установленный в (2).
    2: Последовательности повторяются по достижении количества минут (3).
    3: Последовательность останавливается при достижении номера журнала (4).

    11. Количество интервалов глубины (от 1 до 10), относящихся к поверхности, для которых будут интегрированы сигналы.

    12, 14 Константы A и B:

    A — общая масштабная постоянная, полученная из комбинации факторов, включая c и s.Он связывает сумму квадратов напряжений с плотностью рыбы и имеет единицы: кг.м -3 В 2 или рыб.м -3 В 2 .

    B — безразмерный масштабный коэффициент для корректировки вариаций ВРЧ эхолота.

    Есть также два интервала глубин, привязанных к дну, они называются 11 и 12.

    Для запуска системы выбирается ПАУЗА, затем отображается порядковый номер, последнее автоматическое нижнее значение и ручное нижнее значение.Нижнее окно устанавливается оператором поверх донного эхосигнала для получения начального значения для автоматического отслеживания дна. Когда выбрано «ACQUISITION», начинается обработка данных, и в конце каждой последовательности данные распечатываются. Основная часть программного обеспечения вычисляет среднюю плотность акустической цели по единице поверхности (Rsj) или объему (Rvj) для каждого интервала глубины во время последовательности передач.

    3.3.4 Интегратор Furuno FQ

    Furuno FQ состоит из двухчастотного эхолота и эхо-интегратора, показанных на блок-схеме на Рисунке 27A.Эхо на каждой частоте корректируется ВРЧ перед обработкой АЦП и сохранением в памяти. Одновременно могут быть интегрированы 3 уровня с блокировкой дна и 9 уровней с блокировкой передачи. Один из этих слоев имеет силу объемного обратного рассеяния, напечатанную на бумаге для записи эхолота, в то время как другие десять значений указаны на распечатке принтера.

    Рисунок 27A.

    Частота дискретизации эхо-сигнала постоянна и составляет 1024 раза, что на 100-метровом диапазоне означает каждые 98 мм, а на 500-метровом диапазоне — каждые 490 мм.Вертикальное распределение средней объемной силы обратного рассеяния (MVBS) в децибелах с динамическим диапазоном 50 дБ регистрируется в графической форме в каждой позиции маркера журнала.

    Для измерения плотности скопления школьников существует два возможных метода. Эти

    и. на графике вертикального распределения найдите MVBS в центре школы и добавьте 10 log l / lG, где l — интервал записи, а lG — горизонтальная длина школы, показанная на самописце.

    ii. выберите режим агрегирования среднего. Затем площадь поперечного сечения школы (SA) автоматически рассчитывается в пределах интеграционного слоя, на котором возникла школа. 10 log l (уровень интеграции) / SA затем добавляется к MVBS для интервала l журнала.

    3.4.1 Мультиметры
    3.4.2 Осциллографы
    3.4.3 Генераторы сигналов
    3.4.4 Электронные счетчики
    3.4.5 Гидрофоны
    3.4.6 Проекторы
    3.4.7 Калибровка Контрольно-измерительных приборов

    По мере совершенствования методов оценки рыбных запасов с помощью акустических средств возникла потребность в большей точности при проведении измерений, что отражается на точности, с которой различные части оборудования должны выполнять свои функции.Испытательное оборудование, используемое для проверки этих функций, должно иметь известную надежность и точность перед использованием в процессах калибровки и измерения.

    Для любого типа электронного оборудования важно убедиться, что применяются правильные напряжения питания и сигналов. В этом контексте напряжения питания относятся как к источнику питания корабля, так и к уровням несигнального напряжения, которые возникают во всех цепях, составляющих прибор в целом. Разработка испытательных приборов идет в ногу с общими тенденциями в электронике, поэтому нет никаких трудностей в проведении точных электрических измерений.Проблемы возникают в основном в области акустической калибровки. Это связано с практическими трудностями, возникающими при юстировке стандартных целей, проекторов и гидрофонов в акустическом пучке, и с отсутствием стабильных характеристик последних устройств.

    Какой бы тип измерения ни проводился, очень важно, чтобы показания снимались правильно. При проведении акустических или электрических измерений, будь то выход слабого сигнала гидрофона или выход мощного передатчика, необходимо убедиться, что значения, используемые для расчета, являются среднеквадратическими (среднеквадратичными).Однако гораздо легче считывать пиковые значения или значения размаха по калиброванной шкале амплитуд осциллографа, поэтому для удобства эти значения берутся и преобразуются в среднеквадратичные значения (раздел 2.3).

    3.4.1 Мультиметры

    i) Аналог

    Приборы называются мультиметрами, если они способны измерять ряд функций путем подключения их входных проводов к разным наборам клемм на измерителе или, что более часто, путем поворота поворотного переключателя.Современные мультиметры могут измерять напряжение и ток переменного или постоянного тока, часто от уровней микровольт (мВ) или микроампер (мА), то есть 10 -6 , до киловольт (кВ), то есть 10 3 раз, и до десятки ампер. Они также включают омметр для измерения сопротивления компонентов или цепей от 1 Ом (Вт) до 10 МВт. Аналоговые типы называются так потому, что они показывают измеряемую величину по отношению к шкале.

    В большинстве аналоговых счетчиков используется конструкция с подвижной катушкой с тонкой стрелкой, расположенной над шкалой.Это имеет недостаток при считывании шкалы из-за «ошибки параллакса», вызванной тем, что наблюдатель не может определить, когда его линия взгляда перпендикулярна (точно 90 °) шкале и стрелке. Небольшой угол к перпендикулярному положению приводит к завышению или занижению показаний. Чтобы помочь в преодолении этой трудности, все измерители хорошего качества оснащены полосой зеркала, в которую встроена шкала. Если наблюдатель смотрит на отражение указателя в зеркале, а затем поворачивает голову до тех пор, пока указатель не скроет отражение, он достиг наилучшего положения для точного считывания шкалы.

    Для получения адекватного разрешения шкала сделана как можно длиннее,> 10 см, а диапазоны разделены на деления, которые можно выбрать с помощью переключателя, например, 0–3 В, 0–12 В, 0–60 В и т. Д. аналогично для тока 0–12 мA, 0–6 мА и т. д. и сопротивления 0–2 кВт, 0–200 кВт и т. д. Электрический допуск на этих шкалах обычно составляет 2%, т. е. показание должно составлять ± 2. % от полного значения .

    Важным фактором для всех аналоговых счетчиков является величина нагрузки, которую они оказывают на тестируемую цепь.Между выводами измерителя есть сопротивление из-за движущейся катушки и компонентов масштабирования, оно должно быть достаточно высоким, чтобы избежать изменения фактического измеряемого значения. Как правило, хороший современный счетчик имеет показатель от 20 000 Вт на вольт до 100 000 Вт на вольт, что означает, что каждое значение полной шкалы умножается на сопротивление, указанное в кВт, т. Е. Шкала 10 В x 20 кВт = 200 кВт. Для большинства целей, за исключением некоторых схем настроенных и полевых транзисторов (FET), достаточно мощности от 20 до 100 кВт на вольт.

    При возникновении неисправности в цепи, на что указывает низкое или высокое показание напряжения, питание отключается, и секция омметра мультиметра часто используется для исследования состояния цепи. Для этой операции измеритель обеспечивает напряжение на своих выводах, которое при приложении между определенными точками будет пропускать через цепь ток, пропорциональный встречному сопротивлению. Это сопротивление, измеряемое в омах, отображается измерителем в аналоговой или цифровой форме.

    Опыт и знание функции схемы необходимы для правильной интерпретации показаний сопротивления. Это связано с тем, что многие элементы схемы, такие как транзисторы и диоды, имеют разное сопротивление измерителю в зависимости от полярности приложенного напряжения, т. Е. Измерительные провода, а также обмотки трансформаторов имеют другое сопротивление постоянному току, чем переменному току. заданная частота.

    ii) Цифровые мультиметры (DMM)

    Как следует из названия, эти измерители отображают измеренное количество в десятичной форме цифрами, либо с помощью трубки Никси, светоизлучающего диода (LED) или жидкокристаллического дисплея (LCD).Они разработаны с очень высоким входным сопротивлением 10 МВт, чтобы избежать проблемы с нагрузкой на цепь, присущей большинству аналоговых измерителей. Погрешность для постоянного напряжения обычно составляет ± 0,1% от показания, ± 1 цифра, а для переменного напряжения и постоянного тока составляет 0,75% от показания ± 1 цифра.

    3.4.2 Осциллографы

    Без осциллографа с современным электронным оборудованием можно выполнить очень небольшую работу. Осциллограф — это прибор, основанный на способности электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) отображать колебательные напряжения.Это достигается путем отклонения электронного луча, направленного на флуоресцентный экран, одновременно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При подключении по постоянному току осциллографы также могут измерять установившееся напряжение. Подробное описание работы ЭЛТ выходит за рамки данного руководства.

    Несмотря на множество элементов управления (см. Рисунок 28), осциллограф имеет в основном простую функцию, которая заключается в отображении с целью измерения формы изменения напряжения в электронных схемах во времени (их формы волны).На рисунке 3 показана синусоида с точки зрения размаха напряжения в зависимости от угла. Скорость изменения угла, конечно, пропорциональна частоте. Осциллограф предназначен для измерения изменения формы сигнала в очень широком диапазоне частот и напряжений.

    Рисунок 28.

    Основными элементами управления осциллографа являются TIMEBASE, обычно калиброванные в микросекундах на см (мс / см), миллисекундах на см (мс / см), секундах на см (с / см) и НАПРЯЖЕНИЕ.Диапазон калибровки напряжения составляет от микровольт на см (мВ / см), милливольт на см (мВ / см) до вольт на см (В / см). В некоторых случаях калибровочная сетка может быть меньше 1 см, тогда маркировка будет мс / деление и т. Д. Другие элементы управления связаны с аспектами представления формы волны, а не с основными принципами самой формы волны. Однако, если пользователь не может управлять представлением формы волны, она будет отображаться в форме, не распознаваемой человеческим глазом. Одним из наиболее важных элементов управления и наиболее эффективным для «остановки» или «удержания» формы сигнала является TRIGGER .

    Нет ничего необычного в том, что функция TRIGGER разделяется между несколькими ручками или кнопками. Многие осциллографы имеют модульную конструкцию с отдельными сменными модулями для усилителей, временных разверток и средств запуска, которые могут содержать до 20 элементов управления на передней панели. Это очевидное чрезмерное усложнение связано с необходимостью «удержания» или «синхронизации» сигналов, имеющих разную полярность, амплитуду, частоту и частоту повторения, а также требованием исследовать определенные части формы сигнала, например.грамм. для сравнения его с другим сигналом одновременно или последовательно и т. д.

    ЗАДЕРЖКА: Эта функция обычно использует две временные развертки, одна из которых называется «разверткой» с задержкой. Типичная операция может включать в себя выбор оператором с помощью развертки с задержкой определенного времени задержки. Когда это достигается, запускается вторая (с задержкой) временная развертка и работает со скоростью, возможно, в десять раз превышающей скорость первой, тем самым обеспечивая большее разрешение выбранной части сигнала.Эта функция позволяет использовать более одной трассы или луча, чтобы расширенную часть можно было сравнить со всей формой сигнала.

    ПОЛОЖЕНИЕ: есть два элемента управления осциллографом для точного позиционирования кривой, по горизонтали (ось времени, X) и вертикально (ось напряжения, Y), то есть форма волны может быть выровнена в плоскостях X и Y с масштабированной сеткой. Регуляторы вертикального положения обычно прикрепляются к модулю усилителя, в то время как управление горизонтальным положением часто связано с модулем временной развертки.

    C.R.T. КОНТРОЛЬ: Качество следа определяется настройкой параметров яркости, фокуса и астигматизма. Яркость или интенсивность — это средство управления, которое следует использовать с осторожностью, поскольку чрезмерная яркость может привести к сжиганию фосфора на экране. Фокус фокусирует резкость следа, позволяя видеть детали и упрощая измерения, при условии, что (часто предварительно заданные) регуляторы астигматизма отрегулированы в их оптимальное положение (они используются для получения «самого круглого» пятна от электронного луча).Большинство осциллографов имеют элемент управления, который обеспечивает переменное освещение сетки, что позволяет легко считывать шкалу или фотографировать.

    DUAL-BEAM / DUAL-TRACE: Двухлучевой осциллограф содержит две независимые системы отклонения на одной ЭЛТ, поэтому он может отображать два входных сигнала одновременно, даже если они неповторяющиеся и непродолжительные. Эти осциллографы сейчас не доступны.

    Dual-Trace включает в себя электронное переключение для попеременного подключения двух входных сигналов к одной системе отклонения.Это позволяет провести лучшее сравнение, поскольку используются только одна временная развертка и один набор отклоняющих пластин. Последние разработки позволяют отображать до восьми трасс.

    ХРАНЕНИЕ: В настоящее время используются две формы хранения: электронно-лучевая и цифровая. Оба позволяют точно оценивать медленно меняющиеся явления, но тип ЭЛТ предпочтительнее для просмотра быстро меняющихся форм волн, как в подводной акустике. Как видно из названия, хранилище ЭЛТ находится внутри трубки, либо на сетке, либо на специальном фосфоре, а элемент управления PERSISTENCE позволяет выбирать градацию между ярким следом и темным фоном, а также регулирует время, в течение которого сохраненное изображение может быть сохраненным.

    Цифровое хранилище полагается на сигнал , выборку , т.е. получение значений сигнала через дискретные временные интервалы, и квантование , который преобразует значение в двоичное число перед его передачей в цифровую память. Этот метод хранения обеспечивает четкое, ясное отображение в течение неограниченного периода времени, он может страдать от наложения спектров, т. Е. Последовательность импульсов данных выборки не точно представляет входной сигнал. Большинство цифровых запоминающих осциллографов делают выборку достаточно часто, чтобы отображать «чистую» форму сигнала от эхолотов, если операторы правильно устанавливают частоту дискретизации, чтобы избежать наложения спектров.

    ДАТЧИКИ: Пробники, хотя и являются съемными устройствами, должны рассматриваться как важная часть системы осциллографа. Они предназначены для предотвращения значительной нагрузки тестируемой цепи и обычно выбираются на основе адекватной характеристики частоты и напряжения. Для измерения амплитуды напряжения емкость и сопротивление зонда образуют делитель напряжения с проверяемой схемой. На частотах эхолота резистивная составляющая имеет большое значение и должна быть как минимум на два порядка больше, чем импеданс в исследуемой точке цепи.

    Также можно измерить ток передачи с помощью щупов осциллографа, что, вероятно, будет приобретать все большее значение в связи с необходимостью обеспечения еще большей точности при измерении акустических параметров. Токовые датчики имеют другую форму конструкции и способ подключения, чем датчики напряжения, поскольку, в то время как последние подключаются непосредственно к клеммам цепи, датчик тока закрепляется на проводе, по которому течет ток (т. Е. Там нет никакого «металлического» контакта).

    3.4.3 Генераторы сигналов

    Хотя этот прибор является передатчиком электрических частот, он отличается от передатчика эхолота во многих отношениях, за исключением генерации частот. Генератор сигналов выдает сигналы (передачи), точно регулируемые по частоте и амплитуде, которые могут изменяться в широком диапазоне частот и уровней напряжения, оставаясь при этом чистыми по форме волны.

    Генератор сигналов предназначен для обеспечения средств электрической калибровки приемных усилителей с точки зрения их чувствительности, динамического диапазона и полосы пропускания.Необходим широкий диапазон точно регулируемого уровня выходного напряжения, предпочтительно от <1 мВ до> 10 В. Генератор сигналов должен быть способен генерировать непрерывные импульсы (пачки) контролируемой переменной длительности на частоте эхолота. с помощью временной задержки (контроль глубины) можно установить в любом месте полной шкалы глубины тестируемого эхолота. Точность и стабильность имеют первостепенное значение.

    На рисунке 29 показаны основные характеристики генератора сигналов.Блок 1 — это генератор, который генерирует CW на частоте, выбранной переключателем (грубый диапазон) и шкалой настройки. Этот генератор должен обладать свойствами низкого гармонического искажения и высокой стабильности частоты. Его выход подается на электронный вентиль, блок 2, управляемый прямоугольными сигналами из блока 3 для импульсного режима или полностью шунтируемый для режима CW. Блок 3 имеет элемент управления, с помощью которого можно изменять длительность импульса для имитации передаваемого импульса.

    Рисунок 29.

    Есть два режима работы для блока 3, «свободный ход» и «запускаемый». В свободном режиме частота генерирования импульсов может варьироваться в определенных пределах. В режиме триггера на каждый оборот иглы самописца поступает только один импульс в ответ на пусковой импульс эхолота. Однако время (глубина), в которое это происходит, можно установить с помощью управления временной задержкой (блок 4), инициированной запускающим импульсом самописца.

    Выход затвора усиливается (блок 5), затем подается на аттенюатор (блок 6), калиброванный по напряжению или дБ.Существенной особенностью аттенюатора является низкий выходной импеданс, так что сигналы могут вводиться во входные цепи преобразователя / приемника без отрицательного воздействия на них. При подаче сигналов, особенно с уровнем mV, необходимо избегать появления электрических помех в цепи, и хорошим методом является использование индуктивной формы связи в одном из проводов между преобразователем и приемником. Такое расположение снижает импеданс, вводимый в схему, обычно в 100 раз, скажем, с нуля.От 1 Вт до 0,001 Вт.

    Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить прямой связи между цепями генератора сигналов и цепями тестируемого усилителя приемника, в противном случае измерения могут быть ошибочными. Обычно достаточно убедиться, что оба устройства заземлены правильно, и что правильный кабель от генератора сигналов используется для подключения к приемнику.

    Генератор сигналов должен включать точную регулировку частоты из-за относительно узкой полосы пропускания приемников.Однако точную частоту, на которую настроен генератор, лучше всего можно получить с помощью частотомера. Этот прибор обсуждается в разделе 3.4.4, он дает прямое цифровое считывание частоты при подключении к выходу CW . Важность частотомера лучше всего проиллюстрировать на практическом примере.

    Эхолот настроен на резонансную частоту своего преобразователя, 38,75 кГц, и имеет полосу пропускания от 2,2 кГц до точек -3 дБ. Используя частотомер, легко настроить генератор сигналов, сначала на 37.65 кГц (-1,1 кГц), затем до центральной частоты, 38,75 кГц и, наконец, до 39,85 кГц (+1,1 кГц). Было бы чрезвычайно сложно добиться приемлемой точности, если бы использовались аналоговый циферблат или шкала.

    3.4.4 Электронные счетчики

    Электронный счетчик, используемый в акустике рыболовства, может производить точный подсчет или измерение частоты. Он получил свое название, потому что измерение производится путем подсчета количества синусоид, возникающих за определенный период времени.Это число отображается в цифровом виде, обычно в кГц. Частотомеры этого типа стали сложными устройствами, но довольно просты в использовании. Элементы управления ограничиваются выбором количества отображаемых цифр, выбором режима работы (если возможны временные и другие измерения) и входным уровнем. Последнее особенно важно в некоторых старых приборах, потому что, если входной уровень был установлен слишком низким или слишком высоким, показания были нестабильными.

    Трудно использовать этот вид счетчика для измерения частоты передачи импульса или эха.Производители обычно предоставляют CW-выход генератора передатчика, где это может быть сделано, и генераторы сигналов могут быть переключены в CW для той же цели.

    3.4.5 Гидрофоны

    Это сенсорные устройства, определяемые как преобразователи, которые выдают электрические сигналы в ответ на акустические волны, переносимые водой. Когда гидрофон помещается в акустическое поле (луч) преобразователя эхолота, он реагирует на колебания давления и создает пропорциональное напряжение на своих выводах.Производители гидрофонов предоставляют коэффициент преобразования, который позволяет связать напряжение с акустическим давлением на используемой частоте. Обычно это число в децибелах относительно одного вольта, которое может быть измерено для каждого микропаскалей давления, дБ / 1 В / 1 м Па. В прошлом оно выражалось как дБ / 1 В / 1 мб), но микробар (мб) был заменен, и к цифрам в мб необходимо добавить 100 дБ, чтобы довести их до м Па. Например, типичное значение -75 дБ / 1 В / 1 мб при преобразовании в единицы СИ составляет -175 дБ. / 1 В / 1 м Па.

    Современные калибровочные гидрофоны предназначены для всенаправленного отклика в одной плоскости, но часто имеют некоторую нежелательную направленность в другой. Они сделаны из физически небольших электрострикционных элементов, заключенных в акустически прозрачный, но водонепроницаемый материал. Обычно они имеют широкий диапазон частот, но при изменении температуры могут происходить некоторые изменения характеристик. Калибровка обычно включает длину прилагаемого соединительного кабеля. Этот кабель нельзя ни укорачивать, ни удлинять, если для таких изменений не может быть сделана соответствующая поправка.

    3.4.6 Проекторы

    Проектор — это преобразователь, который при подаче электроэнергии создает волны давления, соответствующие частоте, с которой он приводится в действие. Проекторы для целей калибровки обычно имеют всенаправленный отклик в широком диапазоне частот. Этот же преобразователь можно использовать и как гидрофон, если он имеет обратимые характеристики. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрузки при работе в режиме проектора, поскольку это может привести к деформации материала и, следовательно, к изменению калибровки гидрофона.Коэффициент калибровки проектора связан с заданной электрической движущей силой, для которой можно рассчитать акустическое давление, обычно в форме дБ / 1 м Па / 1 В. Типичное значение может составлять 228 дБ / 1 м Па / 1 В. Если калибровка дана в единицах, снятых с производства, это будет 128 дБ / 1 мб / 1 В.

    3.4.7 Калибровка контрольно-измерительных приборов

    Наиболее важными факторами в поддержании калибровки и хорошей производительности любого элемента испытательного оборудования являются осторожность при его использовании, обращении с ним и особенно при его транспортировке.Перед использованием каких-либо тестовых инструментов необходимо выполнить несколько простых проверок, чтобы убедиться, что они функционируют должным образом. Невыполнение этого может привести к потере много времени, как из-за регистрации неверных данных, так и из-за попыток найти несуществующие неисправности в геодезическом оборудовании.

    Тесты на мультиметрах довольно просты. Диапазоны омметра можно проверить, чтобы увидеть, можно ли обнулить указатель (или цифры в цифровом измерителе). В противном случае наиболее вероятные причины заключаются в том, что батарея разряжена, или провода сломаны, или плохой контакт на клеммах, что можно легко исправить.Затем точность можно приблизительно проверить, измерив несколько резисторов с жестким допуском, значения которых выбираются для проверки прибора в различных точках шкалы.

    Проверка работы и калибровка секций вольтметра может быть более сложной. Шкалы постоянного тока (DC) можно грубо проверить на известных напряжениях сухой батареи или, точнее, на лабораторных или настольных блоках питания. Однако, если прибор хорошего качества и был хорошо обработан (т.е. не был перегружен, не падал или не подвергался сильной вибрации в случае счетчиков с подвижной катушкой), маловероятно, что его точность ухудшится.Шкалы измерения тока можно проверить, переключившись на шкалу максимального тока, а затем подключив измеритель последовательно к цепи с известной разностью потенциалов и сопротивлением, чтобы можно было рассчитать ток, который должен быть указан. Разумная мера предосторожности — начинать любое измерение с использованием самого высокого диапазона напряжения и тока.

    Для счетчика переменного тока необходимо точно знать, что показывает шкала. Обычно калибровка производится по среднеквадратичному значению истинной синусоидальной волны (см. 2.3).

    Отклонения от чистого синусоидального сигнала (искажения) вызовут некоторую ошибку в считывании на величину, зависящую от «форм-фактора». Это возможно только с помощью анализа формы сигнала. Наблюдение за формой сигнала с помощью осциллографа укажет на любые очевидные искажения, которые могут повлиять на результат.

    После тщательной проверки и калибровки электронного оборудования можно приступить к акустической калибровке. Различные методы достижения этого обсуждаются в главе 7.

    ECHO SOUNDER — ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

    Ниже приводится краткое изложение очень распространенных вопросов, которые задают клиенты, приобретающие эхолот для приложения для обследования. Многие из обычно поднимаемых вопросов не основаны на научных фактах, а представляют собой форму фольклора, который окружает тайну измерения глубины в воде с помощью ультразвука. Чтобы усугубить ситуацию, многие из этих мифов были ошибочно включены в спецификации геодезического оборудования, например, требование для глубин до 200 м вокруг страны с максимальной глубиной исследования 100 м, 200 м были ошибочно преобразованы из 200 футов, когда спецификация была написано в метрической форме.

    Можно ли измерить толщину бурового раствора с помощью двухчастотного режима?
    Остаточная разница между низкой и высокой частотой, показанная на эхограмме, создает впечатление, что толщину бурового раствора можно измерить. На самом деле след действительно создает впечатление мягкого осадка, однако в большинстве эхолотов это просто разница в отраженной энергии в результате простого проникновения низкочастотных сигналов более высокой мощности, нанесенных на график относительно низкочастотных отраженных сигналов малой мощности.

    Чтобы измерить толщину бурового раствора и избежать судебных разбирательств из-за неправильных результатов, геодезист должен использовать оборудование, специально разработанное для геофизических измерений, такое как глубинный профилировщик, пенетрометр, сейсмограф или простой донный пробоотборник.

    Требуется ли Barcheck?
    Многим эхолотам более старых технологий необходимо было «разогреться», прежде чем они стали стабильными, в дополнение к их внутренним частотным / временным схемам, изменяющимся в зависимости от условий окружающей среды, физические параметры, влияющие на скорость звука в воде, также менялись в зависимости от местоположения. Принятое решение было «Barcheck», когда большая пластина опускалась в определенной последовательности, где глубина, измеренная эхолотом до пластины, сравнивалась с абсолютным измерением с помощью рейки или ленты.Этот метод гарантировал, что все переменные параметры были включены в калибровку, поскольку грубая проверка Barcheck обычно также выполнялась в начале и в конце съемки.

    У этого метода есть несколько проблем ….

    •

    Местоположение барчека имеет отношение только к толщине воды в данном конкретном месте и времени барчека.

    •

    Старые аналоговые эхолоты давали пользователю возможность «возиться» со многими параметрами во время исследования, современные цифровые эхолоты не имеют таких настроек, как усиление и порог.

    •

    Старые инструменты не регистрируют изменения настроек инструмента во время съемки.

    •

    Узконаправленные эхолоты с алгоритмами обнаружения дна могут неправильно обнаружить движущуюся пластину.

    •

    Современные цифровые электронные компоненты хронометража очень точны и стабильны.

    По-прежнему существует требование калибровки скорости звука, но при необходимости ее следует измерить с помощью откалиброванного датчика скорости звука, опускаемого через толщу воды для построения профиля скорости.

    Простым эквивалентом Barcheck является точное посещение нескольких мест в пределах области съемки, имеющих известную высоту (обычно полученную с помощью GPS и взвешенной ленты), и эти точки используются в качестве ориентира на протяжении всей съемки.

    Следует ли применять угол тангажа / крена к глубине?

    Многие геодезисты предполагают, что гидролокатор похож на лазер, просвечивающий через воду, и что измеренное расстояние следует считать измерением гипотенузы, которое подлежит тригонометрической корректировке по любому измеренному углу тангажа / крена.

    Лучшая физическая аналогия луча эхолота — это луч фонарика, который освещается над областью, в этой области есть небольшой кусок зеркала, который отражает свет в этой точке, сонар очень похож, за исключением того, что отраженный точка обычно является ближайшей точкой в ​​луче.

    Что такое преобразователь узкого луча?
    Свойства преобразователя обычно зависят от его физического размера / формы и его резонансной частоты. Диаграмма луча данного преобразователя обычно представляется как диаграмма радиального распределения в зависимости от приложенной выходной мощности.Обычно это означает, что разброс (ширина луча) передаваемого ультразвука увеличивается с амплитудой. Большинство современных эхолотов используют технологию цифровой обработки сигналов (DSP) для уменьшения мощности / усиления передаваемого сигнала и, таким образом, поддержания минимальной ширины луча для данного преобразователя.

    Преимущество геодезического преобразователя с узкой шириной луча заключается в способности «видеть» формы узких впадин, что позволяет получить более репрезентативное определение исследуемой поверхности дна. Это противоречит навигационному использованию эхолота, который имеет достаточно широкую ширину луча, где отраженный сигнал в луче является «самой мелкой» или самой мелкой точкой в ​​луче, что, очевидно, представляет больший интерес с точки зрения требований к габаритам корпуса.

    Как правило, программное обеспечение для обследования пытается минимизировать ошибку, записывая точную временную метку на каждом фрагменте записанных данных, затем можно рассчитать сумму всех источников задержки путем корректировки данных после обработки с использованием алгоритма «патч-теста». Степень задержки является динамической, поэтому она всегда напрямую связана со скоростью лодки при сборе данных: чем быстрее лодка, тем больше потенциальная задержка.

    Все вышеперечисленные параметры могут значительно различаться в любой конкретной водной толще, но предположение, сделанное с помощью однолучевого эхолота, таково….

    Управление океанических исследований и исследований NOAA

    1. Дом
    2. История
    3. Исторические документы
    4. Radio Talk on Echo Sounding

    Следующий доклад был сделан доктором Гербертом Гроувом Дорси, начальником Береговой и геодезической радиозонической лаборатории, 16 сентября 1932 года.Доктор Дорси работал в Submarine Signal Corporation до 1925 года, когда он решил сделать карьеру в Службе береговой и геодезической службы. Хотя он не работал в области подводной акустики во время экспериментов Реджинальда Фессендена с подводной сигнализацией в 1914 году, он был коллегой Фессендена в начале 1920-х годов. Доктор Дорси представил это выступление в знакомой народной манере, поскольку его аудиторией были люди с научным складом ума в Соединенных Штатах, которые слушали короткие научные презентации, сделанные Science Service через Columbia Broadcasting System (CBS).

    Хотя доктор Дорси позволил себе немного прихоти в этом выступлении, он заполняет пробел в истории эволюции звуковых инструментов в Соединенных Штатах. С помощью своего усилителя в сочетании с изобретением Fathometer, электромеханического измерительного прибора, он смог разработать средства измерения как очень мелкой, так и очень глубокой воды одним и тем же инструментом. Его толщиномеры повысили эффективность гидрографических съемок для береговой и геодезической службы, а также оказались очень ценными для индустрии морского судоходства.Его термин, фатометр, был адаптирован Submarine Signal Corporation и стал стандартным термином для многих различных типов инструментов для измерения глубины в течение следующих 30-40 лет. Его инструменты помогли очертить большую часть континентального шельфа и склона Соединенных Штатов и их территорий, а также большую часть глубоководного моря, в частности северо-восток Тихого океана, срединно-атлантический шельф и склон и Мексиканский залив.

    Отголоски глубины океана

    Доктор.Герберт Гроув Дорси
    Главный инженер-электрик,
    Береговая и геодезическая служба США

    Радио-разговор, представленный в пятницу, 16 сентября 1932 года, под эгидой Научной службы по системе радиовещания Колумбии.

    ПРИВЕТ ВСЕМ! Привет всем! ЗВУЧИТ ЗАБАВНО, не правда ли? Звучит забавно, не правда ли? ЭХО! Эхо! Да, я собираюсь поговорить с вами об эхе.Эхо, которое создается отраженными назад к вам звуками, слышно со всех сторон и всеми, вы так привыкли слышать их, что их редко замечают, если только эхо не слышно через значительный промежуток времени после того, как звук произведен. В комнате с голыми стенами мы слышим эхо так быстро, что в результате возникает реверберация, и тратятся значительные деньги на предотвращение реверберации в студии вещания.

    Поскольку эхо настолько распространено, вы вряд ли поверите, что эхо-сигналы полезны и могут сэкономить время и деньги, а также повысить безопасность на море.

    Безопасность на море была у всех на устах после трагической катастрофы ТИТАНИКА двадцать лет назад. Как можно было сделать море безопаснее? как мы могли узнать, когда айсберги могут быть достаточно близко, чтобы вызвать опасность? Многие умы были обращены к решению этой проблемы и, по крайней мере, в одном — на возможность получения подводного эха от айсберга звуком, издаваемым в воде. Эксперимент на самом деле проводил профессор Реджинальд А. Фессенден, и вопрос о том, получал ли он эхо от айсберга, в протоколе не указывается.Но ему удалось получить эхо со дна океана, что, возможно, было важнее, потому что у моря всегда есть дно, а айсберги не встречаются на каждой маленькой летней прогулке в море.

    Вы так легко получаете эхо в воздухе, вы будете удивлены, узнав, что в воде вы можете услышать их легче, потому что звук в воде распространяется лучше, чем в воздухе, распространяется все быстрее и дальше. Он проходит через воду настолько быстрее, примерно в четыре с половиной раза, что нелегко измерить глубину мелководья методом эха, потому что временной интервал такой короткий.В воде звук распространяется со скоростью около 4800 футов в секунду, и, поскольку глубина сажени составляет шесть футов, звук будет опускаться и возвращаться на глубину 400 саженей за одну секунду или через глубину одной сажени за одну четырехсотую секунды, что составляет всего две с половиной тысячных секунды. Мы думаем, что секундомер с точностью до одной пятой секунды работает очень быстро. Раньше это было последнее слово в определении времени для скачек, но в наши дни, когда мы так много слышим о долях секунды, это слишком долго даже для скачек!

    Измерение глубин океана, вероятно, так же старо, как искусство управления парусными кораблями, для Геродота около четырехсот лет до н. Э.С. упоминает о нанесении смазки на дно грузила, чтобы поднять образец дна. Никаких практических улучшений не производилось в течение 23 столетий, пока лорд Кельвин не использовал идею напорных трубок, точность которой была еще более улучшена командующим Г. Т. Рудом из Службы береговой и геодезической службы. Хотя метод Фессендена мог работать на большой глубине, он был громоздким, требовал от опытного наблюдателя использовать наушники и внимательно слушать, чтобы отличить эхо от шума воды, и было абсолютно невозможно измерить с его помощью мелкие глубины.Капитанов судов это не интересовало, и ничего не было сделано в коммерческих целях. Хотя было предпринято несколько попыток создать что-нибудь получше, модель Фессендена практически бездействовала до 1922 года, когда компания Submarine Signal Company поручила решить эту проблему двум своим инженерам, Р.Л. Уильямсу и мне. Уильямс был инженером-механиком, незнакомым с радио, а я только что завершил эксперименты с громкоговорителем для радио, который теперь так широко используется. Естественно, мы взялись за решение этой проблемы по-разному: он держался за механические устройства, а я пытался все настроить и усилить слабое эхо.Это желание усилить было высмеяно, потому что считалось непрактичным пытаться использовать усилительные лампы на корабле, если только под постоянным наблюдением оператора беспроводной связи. Конечно, усиление помогло и оказалось единственным путем к успеху. Во время экспериментального рейса на судне CALAMARES капитан спросил меня, могу ли я измерить небольшие глубины, и сказал: «Когда вы сможете измерить шесть-десять морских саженей, вы будете что-то делать!» Вскоре после этого я разработал визуальный метод следующим образом.

    В одной части оборудования, называемой индикатором, есть небольшой двигатель с регулятором, который через систему шестерен вращает черный диск четыре раза в секунду. К задней стороне диска прикреплена крошечная неоновая трубка, всего лишь небольшое издание той же самой, что используется в рекламных вывесках, и когда она загорается, ее красный свет светит через прорезь на диске, но загорается только время от времени. . Перед диском находится лист стекла, на котором нарисована круглая шкала с отметками от нуля до 100 саженей.Каждый раз, когда неоновая трубка проходит нулевую точку шкалы, электрический ток проходит через эхолот, прикрученный к днищу корабля, и издается звук в виде короткого свистка на две октавы выше середины C, например: насвистывая короткие гудки в течение двух секунд), в воду переходят только эти звуки. Ни один провод не опускается, ничего не роняется, соединение с днищем не производится. Сами звуки выполняют свою работу, отражаясь от дна океана в виде эха.

    Когда эхо возвращается на корабль, оно «слышится» приемником подводных звуков, или электрическим ухом, как его можно было бы назвать, и усиливается с помощью термоэмиссионных трубок, подобных тем, через которые вы сейчас слышите мой голос, увеличивает громкость эха, так что электрическая энергия заставит крошечную неоновую трубку сделать единственную яркую мгновенную красную вспышку света, когда трубка вращается вместе с диском.Эта вспышка будет светить через стекло напротив какой-то отметки на шкале, например, шести саженей, если это будет глубина воды, через которую проходит корабль. Четыре раза в секунду красный свет мигает на глубине шести саженей, таким образом измеряя интервал времени всего в пятнадцать тысячных долей секунды, и вы читаете глубину так же легко, как время на часах … Теперь, когда корабль движется по более глубокой воде , через более поздние интервалы будут появляться красные вспышки, заставляя показания перемещаться по шкале, показывая увеличивающуюся глубину.Конечно, при переходе от глубокой воды к мелководью красные вспышки будут следовать за шкалой как назад, так и вперед. Если глубина увеличивается до более чем ста саженей, рукоятка поворачивается и переключается на более медленную скорость и другую шкалу, так что, хотя показания приходят реже, глубины могут быть измерены до 3000 саженей или более, что составляет почти 31/2 мили. воды.

    Поскольку прибор измеряет сажени, я назвал его Fathometer, и поэтому он теперь используется на сотнях кораблей, измеряющих сажени, когда капитан пожелает.Раньше ему приходилось замедлять движение кораблей, если вода была мелкой, или останавливаться, если она была глубокой, а теперь он нажимает кнопку, включается жиромер и после нескольких чтений, чтобы убедиться, что у него много воды. он нажимает другую кнопку. Все это делается за несколько секунд, даже при глубине в тысячу саженей! Используя метод опускания троса для измерения этой глубины, судно должно быть остановлено по крайней мере на полчаса, в то время как теперь оно может двигаться на полной скорости от двадцати до тридцати узлов и в любую погоду, днем ​​или ночью.Когда фатометр находится прямо в рубке, капитан не беспокоится о глубине.

    В Службе береговой и геодезической службы США мы используем фатометры на тринадцати судах для составления карт глубины океана. Поскольку мы можем управлять судами на полной скорости, мы можем получить гораздо больше зондирований, чем раньше, не только удвоив скорость гидрографических съемок, но и получив так много больше зондирований, что мы сможем делать карты лучше и быстрее при меньших затратах, чем при первом. более медленные методы.При скорости корабля десять узлов и четырех зондирований в секунду глубина получается примерно через каждые четыре фута, так что теперь обнаруживаются даже небольшие изменения гребней и долин, которые могли бы не быть замечены старыми методами. Время от времени наши корабли останавливают и проводят очень тщательные измерения с помощью проволочного и свинцового грузила, а также измеряют серийные температуры воды, чтобы получить точную поправку на фатометре, чтобы он оставался калиброванным как точный прибор. Небольшой ковш на конце проволоки поднимает образец дна.Фатометр не может этого сделать, но, наблюдая за красными вспышками, он может получить некоторое представление о дне, поскольку от каменистого дна эхо менее регулярное, чем от гладкого.

    По мере того, как в наших картах приводится более подробная информация, навигаторы находят их гораздо более полезными, чем просто дорожные карты направлений в море. Дно редко бывает плоским для какой-либо значительной площади, и, если штурман потерялся в тумане, он может дать своему фатометру поработать несколько минут, отметить показания на листе тонкой бумаги и, перемещая его по карте, он найдет какая-то линия, на которой его зондирование будет совпадать с показаниями карты, сохраняя его параллельным его курсу, определяя не только его положение и направление движения, но и скорость.Таким образом, «в паре ореховых скорлупок», как сказал бы Энди, «он знает, где он находится». Показания фатометра при движении на быстро меняющейся глубине настолько ярки, что это почти все равно что видеть, как дно поднимается и опускается, как холмы и долины на обочине дороги, когда вы едете на автомобиле. Конфигурация дна океана мало чем отличается от поверхности суши; иногда меняется так быстро, что почти напоминает скалы, частоколы и каноны. Я измерил склоны Китайского моря и Тихого океана около Сан-Франциско, которые имеют примерно такой же средний уклон, как горы у побережья, в то время как дно океана к востоку от северной Флориды, имея пологий уклон в сторону Испании, составляет такой же плоский, как и сам штат Флорида.

    Что, по-вашему, думают рыбы обо всем этом свисте? Что ж, наблюдая за ними в чистой воде, когда впервые включается фатометр, они кажутся испуганными и убегают от звука; но через десять-пятнадцать секунд они привыкают и как обычно плавают вокруг корабля. Собака-рыба может попытаться лаять на нее — кто знает?

    Геродот, вероятно, знал об отголосках, а также о смазке на дне грузила, но я хотел бы понаблюдать за его реакцией на фатометр во время плавания по Эгейскому морю.

    Образец цитирования: Дорси, Герберт Гроув, главный инженер-электрик, Служба береговой и геодезической службы США. 1932. Echoes Gives Ocean Depths: Radio Talk, представленный в пятницу, 16 сентября 1932 года, под эгидой Научной службы по Колумбийской радиовещательной системе. Science Service, Columbia Broadcasting System, Вашингтон, округ Колумбия. Неопубликованный мимеограф. Проводится Центральной библиотекой NOAA.

    Примечание о транскрипции: типизированная стенограмма подготовлена ​​сотрудниками Центральной библиотеки NOAA в апреле 2002 г.

    Передача акустических сигналов через воду: эхо-зондирование

    Есть много отраслей, которым нужно «заглядывать» под воду. Например, компаниям, которые полагаются на морские перевозки, необходимо знать глубину воды, чтобы судно не село на мель. Рыболовные операции нужны для поиска рыбы, а исследователи охотятся за затонувшими кораблями.

    Им нужны не только надежные данные о том, что находится под водой, но и точная информация о портах.Хотя существует множество диаграмм для основных портов по всему миру, для некоторых регионов актуальная диаграмма может не существовать. Для корабля посреди океана карты не так надежны.

    Эхо-зондирование — решение этих проблем. Технология эхолота позволяет исследовательским судам и другим судам измерять расстояния под водой с помощью звука. В форме гидролокатора ( SO и N avigation A nd R anging), эхолоты могут быть автономными или прикрепленными к кораблю.

    Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как работает эхо-зондирование, в том числе о том, как оно основано на пьезоэлектричестве. Вы также узнаете, как она превратилась в технологию, которую мы знаем сегодня, и как отрасли сегодня используют пьезоэлектричество.

    Как работает эхо-зондирование?

    Эхолоты передают импульс энергии прямо вниз от днища корабля. Пульсация движется по воде и отрывается от морского дна. Затем он движется вверх, пока эхолот не получит его.

    После получения ответного сигнала эхолот измеряет, сколько времени потребовалось импульсу, чтобы пройти от морского дна до судна. Используя эти данные, он может точно рассчитать глубину воды.

    Эффект пьезоэлектричества и ультразвуковой сонар

    Пьезоэлектричество — это электрический заряд, который некоторые твердые материалы могут накапливать при приложении к ним механического напряжения. Эхо-зондирование — лишь одна из многих коммерческих и промышленных технологий, основанных на пьезоэлектричестве.

    Жак Кюри и его младший брат Пьер открыли пьезоэлектричество в 1880 году, проводя исследования того, как давление создает электрический заряд в кристаллах. Изучая турмалин, кварц, топаз, тростниковый сахар и соль Рошель (тартрат калия-натрия), мужчины обнаружили, что соль Рошель производит электрический заряд при стрессе.

    Это открытие способствовало разработке граммофона (более ранней версии фонографа) и устройств для измерения напряжения.Впоследствии исследователи определили, что пьезоэлемент изменяет размер или создает силу при получении электрического заряда. Пьезо стал основной силой, лежащей в основе принципа работы ультразвуковых преобразователей.

    В 1917 году Поль Ланжевен вместе с группой исследователей разработал первое коммерческое приложение, в котором использовались пьезоэлектрические свойства кварца. Они изобрели ультразвуковую систему отправки и приема — предшественницу современных гидролокаторов — которая решила проблему передачи акустических сигналов в воде.

    Эхолот в его самой ранней форме

    Изначально гидролокатор представлял собой громадное устройство, похожее на огромную хлебную коробку. У него был большой преобразователь, изготовленный из кристалла кварца — резонатор для ультразвуковых устройств — закрепленный между двумя стальными пластинами, а также гидрофон, предназначенный для обнаружения отраженного эха от подводных лодок.

    Устройство приводит кварцевый пьезоэлектрический кристалл в колебание, посылая электрический сигнал. Высокочастотная механическая вибрация передавалась через воду на отражающее тело, а затем на второй кристалл кварца, который принимал отраженную энергию сильных колебаний или «ультразвук».”

    Основываясь на промежутке времени между отправкой сигнала и получением эха, экипаж мог рассчитать расстояние от источника до отражающего тела. Сверхсекретная приемно-передающая система изначально называлась «ультразвуковой детектор подводных лодок». Британское и американское правительства воспользовались этой технологией к концу Первой мировой войны. Британский Королевский флот использовал эту информацию для расчета расстояния до немецких подводных лодок и более точного размещения глубинных бомб.

    Разработка гидролокатора сыграла важную роль в повышении уровня осведомленности о потенциале пьезоэлектрических устройств в других отраслях и приложениях.

    PZT: Улучшение сонарной технологии

    Во время Второй мировой войны независимые исследовательские группы, работавшие в США, Японии и России, начали концентрировать свои исследования и разработки (НИОКР) на сегнетоэлектрических материалах. Исследователи обнаружили, что некоторым поликристаллическим неметаллическим материалам — керамике — присуща механическая прочность.

    В процессе спекания исследователи объединили порошки определенных оксидов металлов и обнаружили, что полученный керамический материал демонстрирует необычно высокие диэлектрические постоянные по сравнению с природными пьезоэлектрическими материалами. Хотя во многих промышленных и коммерческих приложениях используются полимеры и монокристаллы, большинство современных пьезоэлектрических материалов изготовлено из поликристаллической керамики. На сегодняшний день наиболее широко используемым в мире пьезоэлектрическим керамическим материалом является цирконат-титанат свинца, сокращенно ЦТС.

    Разработанный учеными Токийского технологического института около 1952 года, PZT состоит из пьезоэлектрического материала на основе оксида металла, обладающего уникальным набором свойств:

    — Он прочнее некоторых природных кристаллических материалов.
    — Производители могут формировать PZT практически любой формы и размера.
    — Материал имеет большую чувствительность и более высокую рабочую температуру, чем некоторые другие пьезоэлектрические материалы на основе оксидов металлов.
    — Производители выбирают керамику PZT в качестве пьезоэлектрических материалов в гидролокаторах, поскольку они прочны, химически инертны и относительно недороги в производстве.
    Производственный процесс для создания порошков PZT начинается с оксидных материалов очень высокой чистоты. Ключевыми ингредиентами PZT являются оксид свинца, диоксид титана и диоксид циркония. Процесс включает в себя тщательное смешивание исходных ингредиентов, прокаливание или нагревание для образования правильного соединения PZT, добавление связующих и распылительную сушку для получения свободно текучего порошка, готового к сухому прессованию.

    Чем отличаются подводные акустические преобразователи сегодня

    Преобразователь-зонд функционирует как передатчик и приемник ультразвукового аппарата, генерируя звуковые волны. Зонд содержит звукопоглощающее вещество, которое устраняет обратные отражения, и акустическую линзу, концентрирующую звуковые волны.

    Ранние датчики-преобразователи содержали один или несколько кристаллов кварца (природные пьезоэлектрические кристаллы). Приложение переменного электрического заряда к кристаллу изменило его форму и заставило его быстро вибрировать.Звуковые волны двинулись наружу. И наоборот, когда звуковые волны попадают на кристаллы, давление формы волны генерирует измеримые электрические заряды внутри кристаллов. Это явление позволило как посылать, так и принимать звуковые волны.

    Современные пьезоэлектрические высокочастотные преобразователи генерируют ультразвуковые сигналы, принимают их или и то, и другое. Устройства измеряют расстояние в воздухе, воде или других жидкостях, среди прочего, для определения скорости потока и уровня жидкости. Одиночные ультразвуковые преобразователи могут генерировать и принимать сигнал, но большая часть оборудования разделяет функции передачи и приема для повышения производительности системы и устройства.

    Хотя в некоторых областях применения кварц и полимеры по-прежнему используются в качестве пьезоэлектрических материалов, керамика PZT стала предпочтительным материалом из-за ее низких электрических потерь, высоких коэффициентов связи и низкой стоимости производства.

    Эхолот против эхолота

    Гидролокаторы способны излучать звуковые волны по горизонтали для обнаружения подводных объектов. Они измеряют или классифицируют эхо, полученное от объектов.Более ранняя версия гидролокатора имела маневренный преобразователь, который оператор направлял вокруг судна, как большой свет, для поиска рыбы.

    Современные гидролокаторы способны видеть 360 градусов в горизонтальной плоскости, что позволяет операторам «видеть» вперед, назад и / или вокруг судна.

    С другой стороны, эхолот обычно ограничен излучением коротких импульсов по вертикали непосредственно под судном. Волны отражаются от целевого объекта и отражаются обратно в приемник.Между датчиком и объектом должно быть минимальное расстояние. Кроме того, вибрации, вызванные передачей, должны рассеяться, прежде чем преобразователь сможет правильно принять эхо. Есть много типов эхолотов, в том числе:

    — Однолучевые эхолоты — Однолучевые эхолоты используют один излучающий и приемный преобразователи. Устройство излучает серию энергетических импульсов или звуковых волн, которые заполняют звуком небольшую область под сосудом.Он может измерять глубину определенной области, но он не предоставляет подробную информацию о морском дне и соответствие различных измерений морского дна друг другу.
    — Системы поиска эхолота — Часто используемая для мелководных водоемов, система поиска использует множество однолучевых эхолотов, которые расположены на равном расстоянии вдоль стрелы, нескольких стрел судна. Система развертки обеспечивает полное покрытие морского дна на определенных глубинах, одновременно получая точную глубину и положение каждого измеренного зондирования.
    — Многолучевые эхолоты — Многолучевые эхолоты стали общепринятой технологией, используемой для исследования дна океана. В отличие от однолучевого эхолота, многолучевая система может наносить десятки или даже сотни точек на линию, перпендикулярную курсу судна.
    Многолучевой эхолот дает возможность картирования больших участков дна океана с корабля. Система также более рентабельна, поскольку массив преобразователей эхолота и электроники обработки сигналов перемещают луч эхолота через дно океана, покрывая большую площадь с каждым сканированием.

    Как производители используют PZT сегодня

    Сегодня производители используют базовые составы PZT для создания современных пьезоэлектрических материалов. Они модифицируют PZT, комбинируя его с различными легирующими материалами, для получения различных составов, которые они могут настраивать для различных применений.

    Современная пьезокерамика подразделяется на мягкую или твердую керамику. У каждого вида есть свои преимущества:

    — Мягкая керамика — Преимущества мягкой керамики включают высокую диэлектрическую проницаемость, высокую связь и высокую чувствительность к заряду.Мягкое сегнетоэлектрическое поведение материала также облегчает поляризацию. Мягкая керамика идеально подходит для датчиков потока, датчиков уровня и приложений ультразвукового неразрушающего контроля / оценки (NDT / NDE). Материал также подходит для аэрокосмической продукции и точного контроля автомобильных конструкций.
    — Твердая керамика — Твердая керамика PZT (или керамические порошки высокой мощности) может выдерживать высокие электрические и механические нагрузки и давления. В этих условиях он претерпевает минимальные изменения, что делает твердую керамику идеальной для применения с высокой мощностью.Материал также обладает очень хорошей стабильностью при высоких механических нагрузках и рабочих полях. Наилучшее использование твердой керамики — это производство ультразвуковой или высоковольтной энергии в ультразвуковых очистителях, гидроакустических устройствах и других устройствах.
    APC International, Ltd. (APC), являясь ведущим поставщиком и производителем пьезокерамики и устройств, предлагает специально разработанные смеси PZT, изготовленные из сырья высочайшей чистоты. Для маломощных резонансных или нерезонансных устройств, а также когда спецификации требуют высокой связи и / или высокой чувствительности к заряду, у нас есть APC 850 или APC 855 для мягкой керамики.

    Мы предлагаем материалы APC 840 и APC 880 для ультразвуковых, гидроакустических или высоковольтных устройств в ультразвуковых очистителях, сонарах и других устройствах. APC 880 предлагает множество преимуществ, включая высокую постоянную пьезоэлектрического заряда (d33) — по сравнению с эталонными значениями для этого состава — и большую выходную мощность на единицу объема материала.

    Другие отрасли, в которых используется пьезокерамика

    Промышленность коммерческих гидролокаторов продолжает использовать пьезоэлектрические материалы, особенно PZT.Промышленность пьезоэлектрической керамики пережила всплеск популярности, поскольку коммерческие и промышленные компании практически во всех секторах мировой экономики осознают многочисленные возможности пьезоэлектрических устройств.

    Пьезоэлектрическая керамика

    предлагает преимущества для широкого диапазона рынков, но особенно для приложений, в которых ключевыми являются высокий крутящий момент, точность и отсутствие магнитных помех. Сегодня пьезокерамика используется во многих отраслях промышленности:

    — Промышленное производство — В большинстве промышленных процессов используются пьезоэлектрические двигатели, датчики, исполнительные механизмы и другие устройства.Например, APC производит приводы, которые обеспечивают точное управление промышленными обрабатывающими инструментами. Преобразователи позволяют производить очистку отдельных деталей и сварку пластмасс, а также сверление и фрезерование керамики и других сложных материалов.
    — Автомобильная промышленность — Технология пьезоэлектрических датчиков помогла продвинуть значительные достижения в области безопасности в автомобильной промышленности, включая замки ремней безопасности, датчики детонации, датчики подушек безопасности и многое другое.
    — Aerospace — Aerospace требует небольших и очень точных пьезоэлектрических механических устройств.Они должны быть высокоэффективными и иметь более высокую удельную мощность, чем электромагнитные двигатели.
    — Медицина — Ультразвук и другие медицинские технологии визуализации зависят от пьезоэлектрической технологии. Для сложных стоматологических и хирургических инструментов, требующих точности и эффективности, также используется пьезокерамика.
    — Электронный — От смартфонов до акустических гитар пьезоэлектрические компоненты играют важную роль в повседневной жизни.
    — Безопасность и защита — Компоненты пьезоэлектрического двигателя необходимы для оборонной промышленности, которая требует бесшумной работы, точности позиционирования и нулевых магнитных помех в гидролокаторах, системах наведения и слежения.Пьезоэлектрические преобразователи являются жизненно важным компонентом домашних систем безопасности.
    — Выработка электроэнергии и контроль расхода — Пьезоэлектрические компоненты позволяют контролировать потребление энергии или топлива, расход и другие важные показатели.

    Связаться с American Piezo

    Как ведущий поставщик и дистрибьютор пьезоэлектрических материалов и устройств, APC тесно сотрудничает с нашими клиентами, чтобы удовлетворить их требования на каждом этапе, от концепции до производства.Наша цель — предоставлять продукты и производственные мощности, которые повышают ценность вашего бизнеса.

    У нас также есть производственный опыт, позволяющий удовлетворить ваши индивидуальные требования к пьезокерамике и устройствам. Используя материалы с мягким и твердым корпусом, цирконат-титанат свинца (PZT), мы предлагаем прецизионное производство компонентов пьезоэлектрических преобразователей, пластин, дисков, колец и нестандартных форм.

    Пьезоэлектрическая керамика, порошки и устройства APC имеют широкий спектр применения, включая:
    — Ультразвуковые медицинские преобразователи / пьезо-ультразвуковые технологии
    — Гидролокатор и другие продукты, связанные с обороной
    — Компоненты ультразвуковой очистки
    — Компоненты для ультразвуковой сварки
    — Компоненты неразрушающего контроля
    — Продукция для контроля потока
    — Продукция для контроля уровня
    — Акселерометры
    — Датчики приближения
    Мы также специализируемся на проектировании, механической обработке, обжиге, прессовании, изготовлении электродов на заказ, полировке и испытании пьезокерамики и устройств.Просмотрите полный ассортимент пьезоэлектрической продукции APC или узнайте больше о наших производственных возможностях, связавшись с нашей командой сегодня.

    Однолучевые эхолоты | CEE Hydrosystems

    Гидрографические исследования с помощью однолучевых эхолотов (SBES)

    Однолучевые эхолоты (SBES), также известные как эхолоты или фатометры, определяют глубину воды путем измерения времени прохождения короткого импульса сонара или «пинга».Пинг сонара излучается датчиком, расположенным чуть ниже поверхности воды, и SBES отслеживает отраженное эхо от дна. В действительности, энергия сонара будет отражена всем, что может оказаться на пути звука — рыбой, мусором, водной растительностью и взвешенными отложениями. Однолучевые эхолоты для гидрографических исследований могут определять точную глубину дна, отличая реальное дно от любых паразитных сигналов в возвращенном эхо-сигнале. Истинные гидрографические однолучевые эхолоты геодезического качества записывают цифровую эхограмму водяного столба или огибающую эхосигнала, которая обеспечивает графическое представление отраженного эхосигнала.Исторически эта информация представлялась на бумажном самописце с использованием термобумаги, чтобы геодезист мог определить точность зондирования. SBES может использовать различные частоты сонара; обычно 200 кГц используется на мелководье ниже 100 м. Поскольку затухание звука в воде уменьшается на более низких частотах, 24-33 кГц обычно используется для более глубоких исследований воды. Часто две частоты комбинируются для удобства в одном двухчастотном преобразователе, например 33/200 кГц. Для съемок, когда взвешенные частицы очень высоки, обычно во время дноуглубительных работ, низкочастотный гидролокатор может проникать в толстый ресуспендированный слой и измерять ненарушенное твердое дно под ним.Датчики могут быть выбраны с различной шириной луча, которая определяет размер отпечатка эхо-сигнала на дне. Преобразователи с более узким лучом обеспечивают меньшую зону излучения и, следовательно, обеспечивают измерение глубины в более дискретной точке под исследовательским судном. Для определения точного положения нижних элементов желательны более узкие преобразователи ширины луча. Недорогие эхолоты могут иметь очень большую ширину луча, что не дает возможности точного измерения глубины. Преобразователи с более низкой частотой обычно имеют более широкую ширину луча, чем преобразователи с высокой частотой; преобразователь должен быть большего размера, чтобы генерировать направленный луч при уменьшении частоты.Однолучевые эхолоты обеспечивают значительную экономию затрат по сравнению с системами многолучевых эхолотов и особенно полезны на очень мелководье, на глубине менее 5-10 метров. Результаты однолучевых эхолотов легче интерпретировать, гораздо меньше времени на редактирование, а оборудование SBES может эксплуатироваться менее опытным персоналом.

    .

    No related posts.

    Добавить комментарий