ПОДВОДНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ГЛУБИНЫ ВОДОЕМА И СРЕДНЕЙ ПО ВЕРТИКАЛИ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОДЕ

Полезная модель относится к области морского приборостроения и предназначена, преимущественно, для измерения глубины над или под антенной эхолота, установленного в придонном слое водоема, глубины водоема, а также средней по вертикали скорости звука в воде.
Известны измерители глубины (эхолоты) (Хребтов А.А. и др. Судовые эхолоты. Л.: «Судостроение», 1982.), содержащие установленные на судне антенну, приемопередающее устройство, устройства управления и отображения информации, например, эхолот НЭЛ-20К (Морская навигационная техника. Справочник. СПб. «Элмор», 2002. С.184). Подобные эхолоты обеспечивают измерение глубины под килем судна, как расстояния от антенны до дна моря.
Однако подобные эхолоты не могут быть использованы в качестве подводного измерителя глубины, как расстояния от антенны до поверхности воды со дна моря.
Известны также подводные измерители глубины (гидроакустические волнографы) (Гидроакустическая техника исследования океана. Под ред. В.В. Богородского, Л.: Гидрометеоиздат, 1984. С.90), предназначенные для измерения параметров волнения морской поверхности при установке под водой (на дне моря или на подводном объекте).
Известен также подводный измеритель глубины (гидроакустический эхоледомер), (там же. С.93) являющийся наболее близким к заявленной модели аналогом.
Указанный измеритель представляет собой размещенный в герметичном корпусе эхолот, установленный на дне или на подводном объекте так, чтобы ось характеристики направленности его антенны была ориентирована вертикально вверх в сторону поверхности моря. В том же корпусе расположен измеритель гидростатического давления, по показаниям которого определяется глубина погружения антенны эхолота.
Излучаемые эхолотом зондирующие импульсы отражаются от границы раздела вода-воздух или вода-лед, принимаются антенной эхолота и по времени их распространения определяют расстояние от антенны до поверхности воды или до поверхности льда.
С помощью этого прибора можно регистрировать профиль волнения во времени и осредненное расстояние от антенны до поверхности моря или нижней поверхности льда (уровень воды над антенной)
Однако этим и ограничиваются функциональные возможности этого измерителя.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - расширение функциональных возможностей измерителя глубины.
Заявленная полезная модель обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей измерителя глубины, а именно, в обеспечении дополнительного определения средней по вертикали скорости звука в воде и измерения глубины в месте установки измерителя.
Сущность заявляемой полезной модели выражается совокупностью ее следующих признаков.
В состав измерителя глубины, содержащего размещенные в герметичном корпусе эхолот и измеритель гидростатического давления, датчик которого размещен в одной плоскости с антенной эхолота или на известном по вертикали расстоянии от нее, дополнительно введено вычислительное устройство, связанное своими входами с выходами эхолота и измерителя гидростатического давления соответственно и реализующее зависимость , где:  - среднее по вертикали значение скорости распространения звука в воде; P - гидростатическое давление; τ - время распространения сигнала, измеренное эхолотом.
Сочетание эхолота, измерителя давления и вычислительного устройства позволяет определить дополнительный параметр - среднюю по вертикали скорость звука в воде, что расширяет функциональные возможности измерителя глубины водоема.
Подводный измеритель глубины снабжен устройством для закрепления на подвижном или стационарном подводном объекте, допускающем его установку с ориентацией оси характеристики направленности антенны в сторону, как поверхности, так и дна моря.
В последнем случае подводный измеритель глубины определяет глубину моря в месте постановки как сумму расстояний до поверхности моря (с помощью измерителя давления) и до его дна (с помощью эхолота).
Полезная модель поясняется чертежом, где:
- на фиг.1 приведена структурная схема устройства;
- на фиг.2 - устройство, установленное на дне водоема с антенной эхолота, ориентированной в направлении поверхности водоема;
- на фиг.3 - устройство, установленное на дне водоема с антенной эхолота, ориентированной в направлении дна водоема.
Подводный измеритель глубины (фиг.1) содержит: эхолот 1, измеритель давления 2, вычислительное устройство 3.
Антенна 4 эхолота 1 и датчик 5 измерителя давления 2 размещены в одной горизонтальной плоскости или на известном по вертикали расстоянии друг от друга и электрически связаны соответствию с эхолотом 1 и измерителем давления 2. Герметичный корпус на чертеже не указан.
Выходы эхолота 1 и измерителя давления 2 связаны со входами вычислительного устройства 3.
Эхолот 1 и измеритель давления 2 могут быть связаны со входами вычислительного устройства 3 непосредственно, если вычислительное устройство также размещено в герметичном корпусе, или посредством канала связи (проводного, радио, гидроакустического и др.), если вычислительное устройство вынесено за пределы герметичного корпуса, например, на борт обеспечивающего судна (на чертеже не указано).
Электрическое питание может осуществляться от автономных источников, размещенных в герметичном корпусе 6, или по кабелю от внешних источников (на чертеже не указаны).
Перечисленные конструктивные элементы, их взаимное расположение и связи между ними обеспечивают достижения технического результата.
Измеритель глубины, установленный на дне водоема (фиг.2), работает следующим образом.
Герметичный корпус 6 с помощью, например, консоли 7 закреплен на подводном объекте 8, например, свае, так чтобы антенна 4 эхолота 1 была ориентирована в сторону поверхности воды 9.
Эхолот 1 с антенной 4 измеряет время распространения сигнала до поверхности воды 9 и обратно и выдает результаты измерений в вычислительное устройство 3.
Измеритель давления 2 с датчиком 5 (на фиг.фиг.2 и 3 не указан) измеряет давление воды на глубине постановки прибора и выдает информацию в вычислительное устройство 3.
Вычислительное устройство 3 по синхронным измерениям времени распространения акустического сигнала τ и давления P по зависимости  рассчитывает среднюю по вертикали скорость звука :
P=ρgh+Pa;
,
где
ρ - средняя по вертикали плотность морской воды над датчиком измерителя давления (измеряется с помощью внешнего измерителя и задается в виде константы);
g - ускорение силы тяжести;
Pa - атмосферное давление (измеряется с помощью внешнего измерителя и задается в виде константы);
h - заглубление антенны эхолота и датчика давления в случае их размещения в одной горизонтальной плоскости.
Устройство 7 закрепления выполнено таким образом, что допускает установку измерителя с ориентацией антенны в сторону поверхности 9 или дна водоема 10.
1
2
При установке подводного измерителя глубины таким образом (фиг.3), чтобы антенна 4 эхолота 1 была ориентирована в сторону морского дна 10 водоема, измеряется глубина водоема, как сумма глубины погружения измерителя h, определенной с помощью измерителя давления 2, и расстояния до дна моря h, определенного с помощью эхолота 1.
Подводный измеритель глубины может быть закреплен на любом стационарном подводном объекте, например свае 8 и т.п., либо на подвижном объекте, например подводном аппарате.
Таким образом, совокупность указанных признаков обеспечивает достижение технического результата, т.е. расширения функциональных возможностей заявленной полезной модели за счет определения средней по вертикали скорости звука в воде и глубины водоема в месте установки измерителя.
Для выработки поправок к измеренным параметрам за счет отклонения оси характеристики направленности антенны 4 эхолота 1 от вертикали в его состав могут быть введены датчики углов отклонения от вертикали, выходы которых связаны с вычислительным устройством 3, и (или) герметичный корпус может быть помещен в кардановый подвес, что обеспечит вертикальную ориентацию оси характеристики направленности антенны эхолота. Указанные датчики и кардановый подвес на чертежах не показаны.
Значения средней по вертикали скорости звука и глубины моря могут быть использованы при проведении промерных работ, при испытаниях эхолотов, установленных на судах, при гидрографических исследованиях, при проверке гидроакустических средств обнаружения и т.п.