RU2626579C2 - Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах - Google Patents
Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626579C2 RU2626579C2 RU2014152766A RU2014152766A RU2626579C2 RU 2626579 C2 RU2626579 C2 RU 2626579C2 RU 2014152766 A RU2014152766 A RU 2014152766A RU 2014152766 A RU2014152766 A RU 2014152766A RU 2626579 C2 RU2626579 C2 RU 2626579C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- receivers
- sound
- medium
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H5/00—Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к метрологии, в частности к способам измерения скорости звука. Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах заключается в том, что расположенным на заданном горизонте среды источником звуковых колебаний излучают акустические сигналы и поочередно принимают акустическими приемниками сигналы, отраженные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности источника с веером характеристик направленности приемников. Затем измеряют значения скорости звука на горизонте источника и приемников, задают углы наклона характеристик направленности приемников и измеряют соответствующие им времена распространения сигналов от источника до рассеивающих объемов среды и далее до приемников. Расчетным путем определяют горизонты залегания рассеивающих объемов среды и вычисляют значения Ci скорости звука на этих горизонтах. Дополнительно определяют сумму проекций скорости течения Vi на характеристики направленности приемников, используя для вычисления доплеровский сдвиг частоты, получаемый из сигналов источника и приемников, и вычисляют откорректированные значения Сг скорости звука на горизонтах залегания рассеивающих объемов среды по выражению Сг=Ci±Vi. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано, в частности, для измерения скорости звука в воде при исследованиях Мирового океана.
Известны способы измерения распределения скорости звука в жидких средах. Так в способе, на основе которого выполнено устройство [авторское свидетельство СССР №1675687 на изобретение «Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах», G01Н 5/00, 22.08.1989], расчет профиля вертикального распределения скорости звука осуществляется по известным значениям расстояния между излучателем и акустическими приемниками, угла прихода фронта отраженного сигнала, определяемого по спектральному составу смешанных сигналов, и измеренным соответственно этим углам времени и скорости звука на разных глубинах.
Недостатком этого аналога является невысокая точность измерения вертикального распределения скорости звука вследствие применения одной корреляционной приемной системы, включающей в себя два акустических приемника, и соответствующей ей геометрии решаемой задачи, а также отсутствие учета скорости течения, влияющего на точность определения скорости распределения звука.
В способе измерения распределения скорости звука в жидких средах [патент Российской Федерации №2456554 на изобретение «Способ измерения распределения скорости звука в жидкой среде», G01Н 5/00, 20.07.2010] облучают звуковыми колебаниями акустический рассеиватель, находящийся в жидкости на фиксированном горизонте, принимают рассеянный обратно от него акустический сигнал, измеряют скорость звука на горизонте источника и приемника звуковых колебаний, углы наклона характеристик направленности акустического приемника, соответствующие им времена распространения акустического сигнала от источника звуковых колебаний до рассеивателя и обратно к акустическому приемнику. При этом облучают сильный одиночный акустический рассеиватель звуковыми колебаниями последовательно по n+1 углам наклона одной характеристики направленности совмещенного с акустическим приемником источника звуковых колебаний, расположенного на фиксированном горизонте. По измеренным значениям скорости звука на горизонте источника и приемника, углов наклона одной характеристики направленности источника и приемника звуковых колебаний, соответствующих им временам распространения акустического сигнала от источника до рассеивателя и обратно, находят значение горизонта рассеивателя, значения горизонтов n нижних границ n слоев жидкой среды и n значений скорости звука на них.
Недостатком этого аналога является дополнительное погружение рассеивателя на фиксированный горизонт и отсутствие учета скорости течения, влияющего на точность определения скорости распределения звука.
Наиболее близким по совокупности признаков и технической сущности к предложенному изобретению является способ, на основе которого выполнено устройство по авторскому свидетельству [авторское свидетельство СССР №761845 на изобретение «Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах», G01Н 5/00, 10.05.1978]. Этот способ выбран в качестве прототипа. Согласно ему характеристика направленности источника звуковых колебаний пересекается с веером характеристик направленности акустического приемника. К приемнику распространяются акустические сигналы, рассеянные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, ограниченных характеристиками направленности источника и приемника звуковых колебаний. По измеренным значениям скорости звука на горизонте источника и приемника звуковых колебаний, временам распространения акустических сигналов от источника до соответствующих рассеивающих объемов и обратно к акустическому приемнику, углам наклона характеристик направленности акустического приемника и известному расстоянию между расположенными на одном горизонте источником и приемником звука находят горизонты рассеивающих объемов и значения скорости звука на них.
Прототип содержит следующие признаки, сходные с существенными признаки заявленного изобретения: расположенным на заданном горизонте среды источником звуковых колебаний излучают акустические сигналы и поочередно с излучением принимают акустическими приемниками, расположенными на том же горизонте на заданных расстояниях от источника и друг от друга, сигналы, отраженные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности источника с веером характеристик направленности приемников, измеряют значения скорости звука на горизонте источника и приемников, задают углы наклона характеристик направленности приемников и измеряют соответствующие им времена распространения сигналов от источника до рассеивающих объемов среды и далее до приемников, расчетным путем определяют горизонты залегания рассеивающих объемов среды и вычисляют значения С, скорости звука на этих горизонтах,
Недостатком прототипа является отсутствие учета скорости течения, влияющего на точность определения распределения скорости звука.
В основу изобретения поставлена задача создания способа измерения распределения скорости звука в жидких средах, совокупностью существенных признаков которого достигается новое техническое свойство - устранение фактора влияния скорости течения на измеренные значения скорости звука за счет внесения поправки в групповую скорость, из которой определяется скорость звука. Указанное новое свойство обеспечивает технический результат изобретения - повышение точности определения распределения скорости звука в жидкой среде.
Задача изобретения решается тем, что в способе измерения распределения скорости звука в жидких средах, который заключается в том, что расположенным на заданном горизонте среды источником звуковых колебаний излучают акустические сигналы и поочередно с излучением принимают акустическими приемниками, расположенными на том же горизонте на заданных расстояниях от источника и друг от друга, сигналы, отраженные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности источника с веером характеристик направленности приемников, измеряют значения скорости звука на горизонте источника и приемников, задают углы наклона характеристик направленности приемников и измеряют соответствующие им времена распространения сигналов от источника до рассеивающих объемов среды и далее до приемников, расчетным путем определяют горизонты залегания рассеивающих объемов среды и вычисляют значения С, скорости звука на этих горизонтах, новым является то, что дополнительно определяют сумму проекций скорости течения Vi на характеристики направленности приемников, используя для вычисления доплеровский сдвиг частоты, получаемый из сигналов источника и приемников, и вычисляют откорректированные значения Сг скорости звука на горизонтах залегания рассеивающих объемов среды по выражению Cг=Ci±Vi
Сущность изобретения поясняется с помощью иллюстрации, на которой представлена совмещенная схема измерений скорости звука для двух случаев - с использованием профилографа с вертикальным приемопередатчиком и с наклонным.
«Прямоугольная схема» измерений включает расположенные на заданном горизонте среды профилограф 1 с вертикальным 2 приемопередатчиком и корреляционную систему для «прямоугольной схемы» с акустической эквидистантной линейной антенной решеткой, состоящей из n расположенных на заданном расстоянии от профилографа 1 приемников 3, 4 с шагом между ними D. «Наклонная схема» измерений включает расположенные на заданном горизонте среды профилограф 1 с наклонным 5 приемопередатчиком и корреляционную систему для «наклонной схемы» с акустической эквидистантной линейной антенной решеткой, состоящей из n расположенных на заданном расстоянии от профилографа 1 приемников 6, 7 с шагом между ними D.
Способ при «прямоугольной» или при «наклонной» схемах измерений осуществляют следующим образом.
Излучателем 2 или излучателем 5 профилографа 1 излучают акустические импульсы, заполненные синусоидальным сигналом определенной частоты, и поочередно с излучением принимают сигналы соответственно или акустическими приемниками 3, 4, или приемниками 6, 7. Частота заполнения выбирается в зависимости от необходимой глубины зондирования. Направляемые в исследуемую среду сигналы отражаются от естественных акустических рассеивателей, которые находятся в объемах среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности (2 или 5) источника излучения с веером характеристик направленности приемников (соответственно 3, 4 или 6, 7). Задавая углы наклона характеристик направленности приемников, измеряют по переднему фронту акустического сигнала время Δt распространения сигналов от источника до рассеивающих объемов среды и далее до приемников. Затем расчетным путем определяют горизонты залегания рассеивающих объемов среды и вычисляют значения Сi скорости звука на этих горизонтах. Дополнительно определяют доплеровский частотный сдвиг Δƒ между излученным и принятым сигналами и по величине его определяют горизонтальный вектор скорости течения Vx. Затем угол приема эквидистантной линейной антенной решетки α0 изменяют и переходят на следующую глубину z, где измерения вновь повторяют по описанному выше алгоритму, пока не пройдет весь профиль скорости звука и течения с шагом Δz. Определяют сумму проекций вектора скорости течения Vi на соответствующий акустический луч и вносят эту поправку в величину скорости звука Сi.
При «прямоугольной схеме» зондирования скорость Сi в i-м слое определяем итерационным методом из выражения
где С0 - скорость звука на горизонте размещения антенных систем.
Данное уравнение позволяет рассчитать скорость звука Сi в i-м слое, однако при вычислении скорости звука по трассе луча не учитывается проекция Vx горизонтальной скорости течения, которая вносит погрешность в измеренную скорость звука.
Используя электрический сигнал, снимаемый с разнесенных акустических приемников, можно определить профиль вертикального распределения вектора скорости течения с учетом эффекта Доплера
где Δƒc - доплеровский сдвиг частоты.
Задаваясь необходимым шагом Δz по глубине z, последовательно определяем средние значения скорости звука в i-м слое. Определяем сумму проекций скорости течения Vi на соответствующий луч, используя уравнение (2) при cosα=0, и вносим эту поправку в величину скорости звука Сi.
Таким образом, мы уменьшаем погрешность определения скорости звука в слое воды. Величина этой погрешности может достигать 0,3% при средней величине скорости звука в океане ~1500 м/сек и максимальной скорости течения ~5 м/сек.
Claims (1)
- Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах, заключающийся в том, что расположенным на заданном горизонте среды источником звуковых колебаний излучают акустические сигналы и поочередно с излучением принимают акустическими приемниками, расположенными на том же горизонте на заданных расстояниях от источника и друг от друга, сигналы, отраженные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности источника с веером характеристик направленности приемников, измеряют значения скорости звука на горизонте источника и приемников, задают углы наклона характеристик направленности приемников и измеряют соответствующие им времена распространения сигналов от источника до рассеивающих объемов среды и далее до приемников, расчетным путем определяют горизонты залегания рассеивающих объемов среды и вычисляют значения Ci скорости звука на этих горизонтах, отличающийся тем, что дополнительно определяют сумму проекций скорости течения Vi на характеристики направленности приемников, используя для вычисления доплеровский сдвиг частоты, получаемый из сигналов источника и приемников, и вычисляют откорректированные значения Сг скорости звука на горизонтах залегания рассеивающих объемов среды по выражению Сг=Ci±Vi.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152766A RU2626579C2 (ru) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152766A RU2626579C2 (ru) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014152766A RU2014152766A (ru) | 2016-07-27 |
| RU2626579C2 true RU2626579C2 (ru) | 2017-07-28 |
Family
ID=56556744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014152766A RU2626579C2 (ru) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626579C2 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU761845A1 (ru) * | 1978-05-10 | 1980-09-07 | Georgij N Seravin | Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах 1 |
| US4821574A (en) * | 1986-07-22 | 1989-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and apparatus for measuring ultrasonic velocity by crossed beam |
| US6577557B1 (en) * | 2002-02-14 | 2003-06-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Water column sound speed profiling system |
| US20060239122A1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-10-26 | Erk Vigen | Apparatus, systems and methods for determining position of marine seismic acoustic receivers |
| RU2319116C1 (ru) * | 2006-07-10 | 2008-03-10 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах |
| RU2456554C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2012-07-20 | Игорь Иванович Микушин | Способ измерения распределения скорости звука в жидкой среде |
| RU2013112433A (ru) * | 2013-03-19 | 2014-09-27 | Федеральное Государственное Казенное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Военный Учебно-Научный Центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ измерения скорости звука в воде |
-
2014
- 2014-12-24 RU RU2014152766A patent/RU2626579C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU761845A1 (ru) * | 1978-05-10 | 1980-09-07 | Georgij N Seravin | Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах 1 |
| US4821574A (en) * | 1986-07-22 | 1989-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and apparatus for measuring ultrasonic velocity by crossed beam |
| US6577557B1 (en) * | 2002-02-14 | 2003-06-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Water column sound speed profiling system |
| US20060239122A1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-10-26 | Erk Vigen | Apparatus, systems and methods for determining position of marine seismic acoustic receivers |
| RU2319116C1 (ru) * | 2006-07-10 | 2008-03-10 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах |
| RU2456554C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2012-07-20 | Игорь Иванович Микушин | Способ измерения распределения скорости звука в жидкой среде |
| RU2013112433A (ru) * | 2013-03-19 | 2014-09-27 | Федеральное Государственное Казенное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Военный Учебно-Научный Центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ измерения скорости звука в воде |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А. Н. Греков, Н. А. Греков, Д. В. Степаненко Возможности повышения точности измерений акустическими доплеровскими профилографами течений // Системы контроля окружающей среды : сб. науч. тр. - 2012. - Вып. 18. - С. 11-14. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014152766A (ru) | 2016-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106154276B (zh) | 基于海底混响和传播损失的深海海底参数反演方法 | |
| WO2014103642A1 (ja) | 超音波診断装置、及び弾性評価方法 | |
| RU2343502C2 (ru) | Способ и система определения положения наблюдаемого объекта по глубине в водной среде | |
| Muyakshin et al. | The hydroacoustic method for the quantification of the gas flux from a submersed bubble plume | |
| US9726590B2 (en) | Suspended sediment meter | |
| US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
| RU2451300C1 (ru) | Гидроакустическая навигационная система | |
| JP6944147B2 (ja) | 非接触音響探査法および非接触音響探査システム | |
| RU2456554C2 (ru) | Способ измерения распределения скорости звука в жидкой среде | |
| RU2311662C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
| Balk et al. | Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys. | |
| RU2559159C1 (ru) | Способ измерения толщины льда | |
| RU2313802C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
| RU2626579C2 (ru) | Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах | |
| RU2421755C1 (ru) | Способ и устройство для поиска и подсчёта рыбы | |
| RU2623668C1 (ru) | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан | |
| Klusek et al. | Acoustic noise generation under plunging breaking waves | |
| RU2700278C1 (ru) | Способ определения местоположения подводного объекта | |
| RU2545065C2 (ru) | Способ измерения скорости звука в воде | |
| RU2562001C1 (ru) | Способ поверки доплеровского измерителя скорости течений | |
| RU2452978C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
| RU117018U1 (ru) | Навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки | |
| Shulgina et al. | The echo-impulse position detection by the dual-frequency sensing method | |
| RU2469361C1 (ru) | Способ дистанционного измерения скорости ветра | |
| RU2477498C1 (ru) | Метод мониторинга вертикального распределения скорости звука в условиях мелководных акваторий |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191225 |