ОДНОЛУЧЕВОЙ НАВИГАЦИОННО-ПРОМЕРНЫЙ МНОГОЧАСТОТНЫЙ ЭХОЛОТ

Полезная модель относится к гидроакустической технике и может быть использована в однолучевых эхолотах (навигационных и промерных) с автоматическим адаптивным обнаружителем эхосигналов от дна и донных осадков.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей промерного эхолота.
Указанная цель достигается путем выработки дополнительных признаков, характеризующих параметры протяженной отражающей поверхности дна (плотность, толщина донных осадков).
Технический результат: расширение функциональных возможностей однолучевых эхолотов за счет их работы на нескольких частотах и при различной ширине основного лепестка характеристики направленности антенны.
Указанный результат достигается тем, что в составе известного однолучевого эхолота гидроакустическая антенна выполнена в виде секционированного стержневого пьезоэлектрического преобразователя, содержащего по крайней мере два пьезоэлемента, неподвижно размещенных в общем корпусе и которые соединены с выполненным перестраиваемым по частоте приемопередающим устройством, выход которого подключен к прибору управления, обработки и отображения информации о глубине и характеристиках породы дна, донных осадков и отложений.
Известные эхолоты [1, 2] содержат гидроакустическую антенну, приемопередающее устройство и измеритель времени распространения акустического сигнала (t) от момента излучения зондирующего импульса до момента приема эхосигналов, по которому при известной скорости звука в воде (с) рассчитывается глубина (Н):
.
Известен взятый за прототип эхолот [3], содержащий последовательно соединенные гидроакустическую антенну (ГА), служащую для излучения и приема акустических колебаний; приемопередающее устройство (ППУ) служащее для преобразования электрических колебаний в акустические и обратно; измеритель времени распространения акустического сигнала от момента излучения зондирующего импульса до моментов приема отраженных эхосигналов - цифровой указатель глубины (ЦУГ), прибор управления и индикации (ПУИ), выполняющий также функции управления работой эхолота, измеритель длительности эхосигналов и микроконтроллер (ИДС), причем вход измерителя длительности эхосигналов подключен к выходу приемопередающего устройства, а два входа микроконтроллера подключены к выходам измерителя времени распространения и измерителя длительности эхосигнала соответственно, а выход - к потребителям информации о глубине и/или к устройству отображения информации.
Недостатком прототипа является невозможность его использования для распознавания характера грунта дна водоема.
Технический результат заключается в расширения функциональных возможностей прототипа.
Известно [4], что о характере грунта можно судить по частотной зависимости отражающих свойств. При этом следует учитывать возможное влияние параметров эхолота на параметры принятых сигналов.
Технический результат достигается тем, гидроакустическая антенна выполнена в виде секционированного стержневого пьезоэлектрического преобразователя с выводами от отдельных пьезоэлементов, перестраиваемое по частоте приемопередающее устройство, содержащее программно-управляемое устройство коммутации сигналов от отдельных секций преобразователя, программно-управляемый задающий генератор, усилитель мощности, приемную часть и контроллер, осуществляющий обработку сигнала, включая измерение времени распространения излученных сигналов в направлении дна и обратно, измерение длительности принятых эхосигналов, прибор управления и индикации.
Конструкция антенны.
В корпусе антенны расположен пьезоблок - секционированный стержневой пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из отдельных пьезоэлементов с заданной резонансной частотой, соединенных механически (например, с помощью токопроводящего клея) и имеющих отводы от электродов одинаковой полярности для соединения с жилами кабеля, который вводится в корпус антенны через герметичный вулканизированный ввод. Излучающая поверхность антенны залита звукопрозрачным компаундом.
В зависимости от количества пьезоэлементов и вариантов их соединения (группирования) антенна может иметь несколько рабочих (резонансных) частот.
Например, для одного из вариантов такой антенны, она может работать на частотах 100, 150, 300-400 кГц. При этом ширина основного лепестка характеристики направленности будет изменяться от 20° до 5-6°. Антенна имеет минимальные размеры: ∅ 70×90 мм.
Приемо-передающее устройство (ППУ) представляет собой программно-управляемое устройство, содержащее:
коммутационное устройство сигналов от антенны,
усилитель мощности,
задающий генератор (формирователь частоты),
приемный тракт и
контроллер, обеспечивающий обработку сигналов, управление соответствующими узлами ППУ и взаимодействие с ПУИ.
ПУИ предназначен для управления работой ППУ, измерения, регистрации и сохранения глубины, ее отображения в графической и цифровой форме, в том числе о значениях измеренных глубин, характере дна и толщине донных осадков.
Эхолот работает следующим образом.
Последовательно-соединенные гидроакустическая антенна приемопередающее устройство выполняют стандартные функции формирования, излучаемого зондирующего электрического импульса для каждого пьезоэлемента, преобразования его в акустические колебания, приема отраженных эхосигналов, их усиления, детектирования и измерения времени от моментов излучения зондирующего импульса до моментов приема эхосигналов от каждого пьезоэлемента, Измеренное значение принятого сигнала поступает на порт ввода данных. Это значение времени с выхода измерителя поступает на порт ввода данных от измерителя и расчета характеристик дна.
Использованные источники информации
1. Судовые эхолоты. / А.А. Хребтов и др. - Л.: Судостроение, 1982. - 232 с.
2. Технические средства судовождения. Том 2. Конструкция и эксплуатация: Учебник для вузов. / Смирнов Е.Л., Яловенко А.В., Перфильев В.К., Воронов В.В., Сизов В.В. - СПБ.: «Элмор», 2000. - 656 с.
3. Патент РФ на полезную модель 133328.
4. Иванов Г.Н. Применение методов локации для изучения и разведки торфяных и сапропелевых отложений // труды Инсторфа №3(56) с. 39-52.