ПОДВОДНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ГЛУБИНЫ ВОДОЕМА

Полезная модель относится к области морского приборостроения и предназначена, преимущественно, для измерения глубины под и над антеннами эхолота, установленного в придонном слое водоема, а также глубины водоема в месте установки самого измерителя.
Известны измерители глубины (эхолоты) [1], содержащие установленные на судне антенну, приемопередающее устройство, устройства управления и отображения информации, например, эхолот НЭЛ-20К [2]. 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, т.е. расстояния от антенны до поверхности воды.
Известны также измерители глубины (гидроакустические волнографы) [3], предназначенные для измерения параметров волнения морской поверхности при установке под водой (на дне моря или на подводном объекте).
Известен также измеритель глубины (гидроакустический волнограф), являющийся наиболее близким к заявленной модели аналогом [4].
Указанный измеритель представляет собой размещенный в герметичном корпусе эхолот, установленный на дне водоема таким образом, чтобы ось характеристики направленности его антенны была ориентирована вертикально вверх в сторону поверхности моря.
Излучаемые эхолотом зондирующие импульсы отражаются от границы раздела вода-воздух, принимаются антенной эхолота и по времени их распространения определяется расстояние от антенны до поверхности моря, которая может колебаться под действием волнения.
С помощью этого прибора можно регистрировать профиль волнения во времени и осредненное расстояние от антенны до поверхности моря (уровень воды над антенной), т.е. глубину ее погружения, значения которых поступают в средство выдачи информации, например, запоминающий регистр и далее к ЭВМ.
Известен также измеритель глубины водоема [5], взятый авторами за прототип, содержащий размещенный в герметичном корпусе эхолот, одна антенна которого установлена на одной из поверхностей герметичного корпуса, вторая антенна размещена на противоположной по отношению к первой антенне на поверхности герметичного корпуса на известном по вертикали расстоянии от первой антенны. В состав указанного измерителя также включено средство выдачи информации, вход которого связан с выходом эхолота. Герметичный корпус снабжен устройством для закрепления на подвижном или стационарном подводном объекте.
Рассматриваемый измеритель обеспечивает возможность измерения глубины водоема, как суммы расстояний от герметичного контейнера до поверхности воды и до дна водоема.
Однако, в зимних условиях указанный измеритель обеспечивает измерение расстояния от дна водоема только до нижней кромки льда, от которой отразился сигнал верхней антенны, не обеспечивает измерение глубины и толщины ледового покрова.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - обеспечение возможности определения глубины и толщины ледового покрова водоема в зимних условиях
Технический результат заключается во включении датчика гидростатического давления в состав известного измерителя глубины водоема.
Сущность заявляемой полезной модели выражается совокупностью ее следующих признаков.
В состав измерителя глубины, содержащего размещенный в герметичном корпусе эхолот, антенны которого установлены на известном расстоянии на противоположных поверхностях герметичного корпуса дополнительно введен датчик гидростатического давления, причем выходы эхолота и датчика гидростатического давления связаны с входами средства выдачи информации. Герметичный корпус снабжен устройством для закрепления на подвижном или стационарном подводном объекте.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, представленным на фиг.1, где приведена структурная схема подводного измерителя глубины и вариант его установки на дне водоема.
Подводный измеритель глубины содержит эхолот 1, размещенный в герметичном корпусе 2, первая антенна 3 эхолота 1 установлена на поверхности герметичного корпуса 2, обращенной в сторону поверхности водоема 4 и льда 11, вторая антенна 5 эхолота 1 установлена на противоположной поверхности герметичного корпуса 2, обращенной в сторону дна 6 водоема и электрически связана с эхолотом 1.
Выход эхолота 1 связан со средством выдачи информации?. Сам герметичный корпус 2 с помощью, например, консоли 8 закреплен на подвижном, например глубоководном аппарате (на чертеже не показан) или стационарном подводном объекте 9, например, свае.
Электрическое питание может осуществляться от автономных источников, размещенных в герметичном корпусе 2, или по кабелю от внешних источников (на чертеже не указаны).
В состав измерителя дополнительно введен датчик гидростатического давления 10, выход которого соединен со вторым входом средства выдачи информации 7.
Перечисленные конструктивные элементы, их взаимное расположение и связи между ними обеспечивают получение указанного технического результата.
1
2
Подводный измеритель глубины работает следующим образом. Эхолот 1 измеряет интервалы времени распространения излученных и принятых отраженных акустических сигналов антеннами 3 и 5 (τ и τ соответственно).
Эхолот 1 может быть выполнен двухканальным, работающим на две антенны, или с помощью коммутатора поочередно подключаться к антеннам 3 и 5 соответственно. Конкретное исполнение эхолота 1 не относится к предмету заявленной полезной модели.
1
2
t
2
По измеренным интервалам времени τ и τ и известной средней по вертикали скорости звука  определяют расстояния от антенн 3 и 5 до нижней кромки льда h и дна водоема h соответственно:
3
С помощью датчика гидростатического давления 10 определяют глубину его погружения h, косвенно связанную с высотой льда:
Г
Где: Р - абсолютное (полное) гидростатическое давление;
a
P - атмосферное давление;
ρ - средняя по вертикали плотность воды;
g - ускорение силы тяжести
3
1
Толщину ледового покрова Н определяют как разность ΔH=h-h (если антенна 7 и датчик 10 размещены на одном уровне):
a
Параметры Р, ρ и g вводятся оператором и учитываются при вычислениях.
2
3
С учетом известного расстояния l между антенной 5 и датчиком 10 глубину моря Н в месте установки измерителя определяют как: H=h+h+l
Выходные параметры эхолота 1 поступают в средство 7 выдачи информации внешним потребителям. Средство 7 может быть выполнено в виде накопителя информации, выдающего информацию внешним потребителям после подъема измерителя из воды, либо в виде канала связи (гидроакустического, кабельного) с плавучим радиобуем, судном обеспечения или береговым постом.
Предложенный подводный измеритель обеспечивает измерение глубины и толщины льда в зимних условиях даже в том случае, если подводный объект со временем заглубляется в морское дно (ил, песок), может контролировать динамику наносов.
Таким образом, решена поставленная задача и обеспечена возможность измерения глубины водоема с учетом толщины ледяного покрова в месте установки измерителя.
Использованные источники:
1. Хребтов А.А. и др. Судовые эхолоты. Л.: «Судостроение», 1982
2. Морская навигационная техника. Справочник. СПб.: «Элмор», 2002. С.184
3. Гидроакустическая техника исследования океана. Под. ред. В.В.Богородского, Л.: Гидрометеоиздат, 1984. С.90
4. Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. Изд-во. «Судостроение» Л., 1978. С.126
5. Осюхин Б.А., Тхоржевская И.О. Подводный измеритель глубины водоема. Патент РФ на полезную модель №53455 // Бюллетень Изобретения. Полезные модели от 10.05.2006