Принцип действия эхолота и основные устройства, входящие в его состав

Назначение навигационного эхолота — измерение глубины под килем судна. Существует множество разновидностей навигационных эхолотов. Однако принцип действия любого из них основан на измерении времени между посылкой зондирующего и приходом отраженного от дна сигнала.

Зондирующий сигнал — это чаще всего импульс прямоугольной или экспоненциальной формы, “заполненный“ гармоническими колебаниями рабочей частоты.

Длительность импульса выбирается с учетом ряда факторов, в том числе и противоречивых. Так, с увеличением увеличивается дальность действия эхолота; уменьшение ведет к увеличению разрешающей способности по глубине.

Рабочая частота навигационных эхолотов обычно выбирается в пределах 15 – 100 кГц.

В современных эхолотах с целью повышения эффективности предусматривается возможность изменения ряда параметров излучаемых сигналов: мощности, длительности импульсов и частоты их следования, рабочей частоты.

Рассмотрим принцип действия импульсного эхолота, упрощённая структурная схема которого изображена на рис. 2.3.

В состав представленной структурной схемы входят:

· А1 и А2 соответственно передающая и приемная антенны или вибратор-излучатель и вибратор-приемник;

· ПРД — передающее устройство, в котором осуществляется формирование сигнала посылки;

· ПРМ — приемное устройство;

· УУ — управляющее устройство;

· И — устройство отображения и регистрации информации.

Очевидно, что время между посылкой ультразвукового импульса, излученного антенной А1 и приемом отраженного от дна сигнала антенной А2

t = ,

где r — расстояние от антенны до дна (т. О).

Рис. 2.3

На больших глубинах (практически уже при h > 10 м) можно считать

h r , тогда из записанного равенства находим

h = . (2.18)

Таким образом, измерив интересующее нас время и зная значение скорости звука в воде, элементарно определяется глубина под килём судна. Как правило в качестве расчётного значения скорости принимают 1500 м/с (напомним, сто скорость звука в воде в среднем может изменятся в пределах 1440 — 1585 м/с).

Как уже отмечалось основная задача ПРД — формирование сигнала посылки. В эхолотах с пьезокерамическими антеннами используют так называемый тональный способ формирования сигнала посылки.

Функциональная схема, изображённая на рис. 2.4 дает представление о данном способе формирования сигнала посылки.

Рис. 2.4

ГИ — генератор импульсов вырабатывает прямоугольные видеоимпульсы определенной длительности и частоты следования; передает их в М — модулятор. Сюда же поступают генерируемые генератором Г гармонические колебания рабочей (несущей) частоты f. Ее выбирают равной собственной частоте антенны. На выходе М получают радиоимпульсы длительностью несущей частоты f. После соответствующего усиления по напряжению и мощности в УН и УМ, сформированный сигнал передается в передающую антенну.

Приемное устройство эхолота выполняет следующие основные функции: его усиление, отделение полезного сигнала от помех, детектирование и приведение к виду удобному для извлечения информации об измеряемой глубине для ее отображения, регистрации и передаче в другие приборы и системы.

Описанную работу эхолота можно проиллюстрировать изображением используемых в навигационном эхолоте сигналов (рис. 2.5).

Период следования зондирующих импульсов Т_п определяется в соответствии с диапазоном (шкалой) измеряемых глубин. То же можно сказать и о длительности зондирующих импульсов .

Отраженный от дна эхо-сигнал приходит к приемной антенне с задержкой относительно момента посылки на время . Эта задержка пропорциональна глубине.

Рис. 2.5

Принятый сигнал имеет малую амплитуду, поэтому его усиливают до уровня ограничения выходными каскадами. Потом сигнал детектируется для получения видеоимпульсов, которые удобнее использовать в отсчетных устройствах.

В качестве устройств отображения и регистрации информации в настоящее время используются:

· аналоговые, цифровые и цифроаналоговые индикаторы;

· устройства для регистрации изменения глубины под килем судна в процессе его плавания — самописцы или в последнее время электронные регистраторы глубины (ЭР) на основе телевизионного монитора;

· устройства для сигнализации о выходе судна на заданную глубину.

Основные погрешности эхолотов возникают по ряду причин;

· из-за отличия действительной скорости распространения звука от общепринятой расчетной 1500 м / с;

· из-за наличия базы, т.е. расстояния между передающей и приемной антеннами (сказывается на малых глубинах);

· из-за наклона дна (незначительна);

· из-за технического и технологического несовершенства прибора (инструментальная погрешность).

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 1008; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!