WO2009014467A2 - Способ определения солености и плотности морской воды - Google Patents

Способ определения солености и плотности морской воды Download PDF

Info

Publication number
WO2009014467A2
WO2009014467A2 PCT/RU2008/000227 RU2008000227W WO2009014467A2 WO 2009014467 A2 WO2009014467 A2 WO 2009014467A2 RU 2008000227 W RU2008000227 W RU 2008000227W WO 2009014467 A2 WO2009014467 A2 WO 2009014467A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
salinity
depth
density
temperature
change
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000227
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009014467A3 (ru
Inventor
Jury Vasilievich Razumeenko
Anatoly Vladimirovich Eibozhenko
Boris Aronovich Barbanel
Igor Gennadievich Pakharkov
Original Assignee
Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'sankt-Peterburgskoe Morskoe Byuro Mashinostroeniya 'malakhit'
Federalnoe Gosudarstvennoe Uchrezhdenie 'federalnoe Agentstvo Po Pravovoi Zaschite Rezultatov Intellektualnoi Deyatelnosti Voennogo, Spetsialnogo I Dvoinogo Naznacheniya' Pri Ministerstve Yustitsii Rf
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'sankt-Peterburgskoe Morskoe Byuro Mashinostroeniya 'malakhit', Federalnoe Gosudarstvennoe Uchrezhdenie 'federalnoe Agentstvo Po Pravovoi Zaschite Rezultatov Intellektualnoi Deyatelnosti Voennogo, Spetsialnogo I Dvoinogo Naznacheniya' Pri Ministerstve Yustitsii Rf filed Critical Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'sankt-Peterburgskoe Morskoe Byuro Mashinostroeniya 'malakhit'
Priority to EA200901557A priority Critical patent/EA015998B1/ru
Priority to CN2008800247030A priority patent/CN101903770A/zh
Publication of WO2009014467A2 publication Critical patent/WO2009014467A2/ru
Publication of WO2009014467A3 publication Critical patent/WO2009014467A3/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/24—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing the transmission of wave or particle radiation through the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02818—Density, viscosity

Definitions

  • the invention relates to means for measuring the physical parameters of the marine environment, which are used to determine the differentiation of submarines (PL) when they move on a given horizon and change the depth of immersion in difficult hydrological conditions.
  • PL submarines
  • the invention can also be applied on tear-off probes discharged from a submarine to obtain a vertical hydrological section, as well as on buoy stations for monitoring salinity and density of sea water at the horizon of a measuring sensor.
  • thermosolinographs an inductive salinity sensor S and a platinum resistance thermometer for recording temperature T
  • conductivity profile recorders by which the salinity S is determined
  • temperatures by which the salinity S is determined
  • oceanic deep-sea
  • pressure and temperature modules having internal standards of self-calibration, high-quality sounding devices (Mark-ShS, SBE-19, etc.) that allow temperature and electrical conductivity measurements (sol aost) with high resolution and accuracy.
  • the accuracy of measuring environmental parameters is influenced by the inertia of the measuring devices, which depends on the speed of movement in the medium, the orientation of the device’s sensor relative to the velocity vector, the presence of protective shields (thermal inertia increases), as well as the cross-influence of different parameters on the same values.
  • the density of sea water is calculated indirectly by oceanographic tables or empirical polynomials, using temperature T, salinity S, and depth ⁇ (pressure). Salinity with the accuracy required for diving is also not directly measured. It is calculated indirectly from measurements of electrical conductivity, temperature and pressure (depth). Knowledge of salinity, and not just density, is of independent importance in the problem of assessing the causes of its change and deciding on the differentiation of submarines when swimming, for example, in the frontal zones of waters of different temperatures and salinity, near melting ice. If the density change is caused by a temperature change, then after the submarine differentiation, its static equilibrium will be violated after some time due to cooling (heating) of water in the tanks of the main ballast and a decrease (increase) in the volume of the durable casing. If the cause is a change in salinity, secondary violations of differentiation will not be.
  • UNESCO has legalized international polynomials for p and C, containing more than 40 members and giving a minimum error in a wide range of T, S and ⁇ changes (UNESCO technical code m m ⁇ réelle ⁇ réelle ⁇ réelle 44 44 44 44 44, UNESCO UNESCO UNESCO UNESCO R ⁇ i St i St i St i ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ issued app SCOR Work Group 51. 1984.
  • This nomogram can be used by submariners of existing submarines equipped with standard sound velocity meters (AES) and temperature meters.
  • the nomogram can be considered a control for all other calculations using simpler polynomials.
  • density polynomials include the following p * 1028, 14 - 0.07T - 0.00486T 2 + (0.802 - 0.00283T) x (S - 35) + 4.5 x 10 "3 ⁇ , (1) where: p - density, kg / m 3 ; T is the temperature, 0 C;
  • the density is determined by the following method: conductivity, temperature and Depth is determined by salinity, electrical conductivity, temperature and depth, and then density is determined by known polynomials, which is accepted as the closest analogue.
  • the objective of the invention is to optimize and simplify the procedure for determining salinity and density of sea water by simultaneously measuring temperature, speed of sound and depth on the movement horizons
  • the problem is solved in that in the known method for determining the density of sea water, including measuring the temperature of sea water at a given depth according to the proposed invention, acoustic radiation is excited, the speed of the received acoustic radiation at a given depth is measured using a sound velocity meter (satellite) and from a joint solution of the exact standard UNESCO polynomials for density and speed of sound, salinity and density are found or salinity is determined by the formula:
  • ⁇ S [[ ⁇ C-4.57 ⁇ T (l -0.0195T 0 ) -0.01 l ⁇ T (Se-35) -0.0163 ⁇ ]: (1, 4-0.01 IT 0 ) (5)
  • ⁇ S is the change in salinity,% o; ⁇ - change in the speed of sound, m / s; ⁇ - temperature change, ° C; relative to the values of So, Co and T 0 at the moment ⁇ 0 of the beginning of the regime of stabilization of the depth ⁇ réelle, and the density change is determined by the formula: ⁇ p “-0.07 ⁇ T [l-10.39T 0 +0.0404 (So-35)] + ( 0 ) 802-0.00283To) ⁇ S + 4.5x i ⁇ 3 ⁇ , (6) where: ⁇ installer - density change, kg / m; ⁇ - temperature change, ° C;
  • ultrasonic waves are used as acoustic radiation and the speed of sound is measured with the help of a pulse-cyclic sound velocity meter E. D. Popov.
  • the claimed method for determining the salinity and density of sea water based on the measurement of temperature, depth and speed of sound eliminates the measurement of electrical conductivity and simplifies the receipt of information necessary for scuba diving.
  • the proposed method provides 2 measurement modes: when maneuvering changes in depth and in the stabilization mode of a given depth, in which all parameters of the sea water will change relatively little. To determine the necessary changes in salinity and density, a change in the sensitivity of measuring instruments is provided. All this provides a significant positive effect. Patent search did not reveal similar technical solutions.
  • a microprocessor that implements algorithms for calculating salinity S and density ⁇ by the speed of sound C, temperature T and depth ⁇ based on certified polynomials for the speed of sound and density of water or by the proposed simplified polynomials, as well as their slight change in the stabilization mode of a given depth based on differential algorithms; this takes into account the complex dependence of the speed of sound during ultrasonic vibrations on temperature and salinity (X. Kuhling. Handbook of Physics. Per. German, M., Mir, 1982, p. 253).
  • a registration device for displaying on a display or in a system of automatic differentiation of a submarine the current value of the speed of sound, salinity and density as a function of depth and time.
  • T, ⁇ , and C are fed to a microprocessor that implements an algorithm for determining salinity S and density p of sea water based on standard UNESCO polynomial polynomials or (with lesser required accuracy) based on shortened empirical polynomials (3) and (4) .
  • the measured values of the speed of sound C, temperature T and the calculated values of salinity S and relative density (p - 1000) kg / m 3 are displayed and subsequently used for various purposes (for example, accumulation in the memory of an autonomous buoy station or in an automatic subdifferentiation of submarines with changes in temperature, salinity and depth of water). 4.
  • the calculation algorithm is switched to determine the changes in salinity ⁇ S and density ⁇ modifier from their values So and ⁇ Budapest Edition with a change in depth ⁇ , temperature ⁇ and sound speed ⁇ from their fixed values and a change in salinity ⁇ S are determined by formula (5), and densities - by formula (6).
  • Popova ED Popova ED
  • Pulse-cyclic sound velocity meter for hydrophysical studies in the sea. Oceanology, 1984, vol. XXlV, issue Z.
  • a feature of the known device is the closedness of the system of acoustic measurements outside the ring of small diameter, which allows you to localize the region, the measurements, reduce the influence of density fluctuations during compression of the medium under the action of sound waves and provide low noise and stealth measurements, essential for submarines.
  • Temperature sensors 2 and pressure 3 having an analog output, can be selected from a wide range of instruments currently in use (temperature recorder CTR7 to depths of 2000 m, oceanic pressure module OPM to depths of 7000 m, etc.).
  • the computing complex (microprocessor 4), which processes the signals of sensors 2 and 3 in accordance with the proposed method, provides the calculation of parameter values and, if necessary, the generation of control signals for submarine diving and surfacing systems.
  • pylons for their fastening with a length of 60-80 cm and 6-8 cm in diameter, which will practically not affect the hydrodynamic resistance to submarine movement.
  • These pylons are installed on three horizons - at the level of the fencing fence, bow tip and under the bottom, which provides control over the entry into the inhomogeneous layer of the medium at a constant depth and the entry into the layer of a jump in temperature and salinity during submersion and ascent of submarines.
  • the proposed method for determining the salinity and density of sea water on the basis of measuring temperature, depth and speed of sound eliminates the measurement of electrical conductivity, simplifies and speeds up the process of obtaining the necessary information, and also expands its capabilities by obtaining differential characteristics of salinity and density in the stabilization mode of a given movement horizon of the submarine and by measuring the speed of sound and temperature at three depth levels.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

0 - температура на заданной глубине, °C; So - соленость на заданной глубине, %o; δS - изменение солености, %o; δη - изменение глубины, м. В качестве акустического излучения используют ультразвуковые волны, а скорость звука измеряют при помощи импульсно-циклического измерителя скорости звука 1 Е.Д. Попова. На подводной лодке замеры проводят на трех уровнях глубины, соответствующих уровням ограждения рубки, носовой части подводной лодки и под ее днищем. Техническим результатом является простота, оперативность и расширение возможностей способа.

Description

Способ определения солености и плотности морской воды
Изобретение относится к средствам измерения физических параметров морской среды, которые используют для определения раздифферентованности подводных лодок (ПЛ) при их движении на заданном горизонте и изменении глубины погружения в сложных гидрологических условиях.
Изобретение может также применяться на отрывных зондах, выпускаемых из ПЛ для получения гидрологического разреза по вертикали, а также на буйковых станциях для контроля солености и плотности морской воды на горизонте нахождения измерительного датчика.
Известны средства контроля параметров морской среды - температуры T, давления P (глубины η), электропроводности J и скорости звука С, которые непосредственно инструментально могут измеряться.
В качестве средств контроля гидрофизических параметров используют, например, интегральные термосолинографы (индуктивный датчик солености S и платиновый термометр сопротивления для регистрации температуры T), регистраторы профиля электропроводности (по которой определяют соленость S) и температуры, океанические (глубоководные) модули давления и температуры, имеющие внутренние эталоны самокалибровки, высококачественные зондирующие устройства (Маrk-ШС, SBE- 19 и др.), позволяющие производить измерения температуры и электропроводности (солености) с высоким разрешением и точностью.
На практике \нa точность измерения параметров среды оказывает влияние инерционность измерительных приборов, зависящая от скорости движения в среде, ориентации датчика прибора относительно вектора скорости, наличия защитных экранов (увеличивается тепловая инерционность), а также перекрестное влияние разных параметров на одни и те же величины. В результате при расчете солености по измеренной электропроводности и температуре может возникнуть ложная структура солености ("sаliпitу sрikiпg") (Лазарюк A.Ю., Пономарев В. И. ((Согласование вертикальных профилей СТД зондирования с целью устранения ложной структуры солености в слое скачка температуры)) ТИНРО им. В.И.Ильичева ДВО РАН. Электронный журнал ((ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ)), с. 718-728). Приходится делать согласование вертикальных профилей СТД зондирования с целью устранения ложной структуры солености в слое скачка температуры. Указанные факторы в совокупности влияют на точность определения параметров среды и управление движением ПЛ.
Для задач удифферентования ПЛ на горизонте движения важно знать плотность воды и ее приращение при изменении глубины, причем с погрешностью не более 0,1 кг/м3 при средней плотности воды в океане 1020 кг/м3. Если плотность воды изменится на δр > 0,1 т/м3, то ПЛ, которая под водой должна плавать с нулевой плавучестью, на каждые 1000 м3 водоизмещения потяжелеет или облегчится не менее чем на 0,1 т. При водоизмещении современных ПЛ это может составить несколько тонн. Технических средств, способных измерить плотность на ПЛ "iп сitu" с потребной точностью не существует. Поэтому плотность морской воды вычисляют косвенным путём по океанологическим таблицам или эмпирическим полиномам, используя значения температуры T, солености S и глубины η (давления). Солёность с необходимой для подводного плавания точностью также непосредственно не измеряется. Её вычисляют косвенно по измерениям электропроводности, температуры и давления (глубины). Знание солёности, а не только плотности, имеет самостоятельное значение в проблеме оценки причин её изменения и принятия решения на удифферентование ПЛ при плавании, например, во фронтальных зонах вод разной температуры и солености, вблизи тающих льдов. Если изменение плотности вызвано изменением температуры, то после удифферентования ПЛ её статическое равновесие через некоторое время нарушится из-за остывания (нагрева) воды в цистернах главного балласта и уменьшения (увеличения) объёма прочного корпуса. Если причина в изменении солёности, вторичных нарушений дифферентировки не будет.
Как следует из изложенного выше, ни плотность морской воды, ни соленость, инструментально "iп сitu" не определяются. Однако существует большое число эмпирических полиномов, связывающих с разной погрешностью плотность морской воды р и скорость звука С с температурой, соленостью и давлением (глубиной η). ЮНЕСКО узаконены международные полиномы для р и С, содержащие более 40 членов и дающие минимальную погрешность в широком диапазоне изменения T, S и η (UNESCO tесhпiсаl рареrs iп mаriпе sсiепсе - 44. Епdоrsеd bу Uпеsсо/SСОR/IСЕSЯАРSО Jоiпt Рапеl оп Осеапоgrарhiс Таblеs апd Stапdаrd апd SCOR Wоrkiпg Grоuр 51. 1983. UNESCO tесhпiсаl iп mаriпе sсiепсе Аlgоrithms fоr соmрutаtiоп оf fuпdаmепtаl рrореrtiеs оf sеаwаtег. UNESCO, 1983).
Наличие 2-х стандартных международных полиномов для плотности и скорости звука, по-разному зависящих от S, T и η, позволяет путем совместного их решения на компьютере рассчитать и построить номограмму, связывающую солёность S и плотность р со скоростью звука Со при атмосферном давлении и температуре T. Такая номограмма, рассчитанная и построенная авторами, показана на фиг 1. Войти в эту номограмму нужно с Со = Сизм - 16,3 х 10'3 η - 1400, где CИЗм - измеренная на глубине η скорость звука в м/с, а 16,3 х 10"3 - поправка увеличения давления на глубине η при температуре T. Этой номограммой могут воспользоваться подводники существующих ПЛ, имеющих штатные измерители скорости звука (ИСЗ) и измерители температуры. Номограмма может считаться контрольной для всех других вычислений по более простым полиномам. К числу таких полиномов для плотности можно отнести приведенный ниже р * 1028, 14 - 0,07T - 0,00486T2 + (0,802 - 0,00283T) х (S - 35) + 4,5 х Ю"3 η, (1) где: р - плотность, кг/м3; T - температура, 0C;
S - соленость, %o; η - глубина, м. Этот полином дает вполне приемлемый для подводного плавания результат вблизи T4, » 10°C и Scp = 25 %o при |δT| < 12°C и |δS| < 5%o. Но чтобы воспользоваться этой и подобными формулами, нужно знать соленость.
Существующие' в настоящее время способы ее определения основаны на измерении электропроводности и температуры.
В .известном отечественном способе определения плотности (А.Н.Шполянский ((Система измерительная гидрологическая. Руководство по эксплуатации CЗMC», С.-Петербург, «Гpaнит-7» 2003 г.), плотность определяют следующим путем: замеряют электропроводность, температуру и глубину, по электропроводности, температуре и глубине определяют соленость, а затем по известным полиномам расчетным путем плотность. Этот способ принят в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком известного способа является зависимость результата от погрешностей определения температуры T и солености S, которая определяется через электропроводность. Однако задача определения солености может быть решена на основе измерения скорости звука и использования ее зависимости от температуры, солености и давления, например, по полиномам Дель-Греко или Вильсона (см. Комляков В. А. «Kopaбeльныe средства измерения)), С.-Петербург, Наука, 2003), приводимого ниже. C = 1449 + 4,57T - 0,0445T2 + (l,4 - 0,011T) x (S - 35) + 16,З x l0-3 η (2)
Задачей изобретения является оптимизация и упрощение процедуры определения солености и плотности морской воды за счет одновременного измерения температуры, скорости звука и глубины на горизонтах движения
ПЛ, повышение надежности и оперативности способа, а также расширение его возможностей за счет получения дифференциальных характеристик солености и плотности в режиме стабилизации заданного горизонта движения ПЛ при изменении скорости звука и температуры.
Задача решена тем, что в известном способе определения плотности морской воды, включающем измерение температуры морской воды на заданной глубине согласно предложенному изобретению возбуждают акустическое излучение, измеряют скорость принятого акустического излучения на заданной глубине при помощи измерителя скорости звука (ИСЗ) и из совместного решения точных стандартных полиномов ЮНЕСКО для плотности и скорости звука находят соленость и плотность или определяют соленость по формуле:
S » (С - 1449 - 4,57T + 0.0445T2 - 16,3 х 10"3 η) : (1,4-0,01 IT) - 35 (3) где:
S - соленость, %o ; С - скорость звука, м/с; T - температура морской воды, °C; η - глубина, м, затем определяют плотность по формуле: р = 1028,14 - 0,07T - 0,00486T2 - (0,802 - 0,00283T) х (S - 35) + 0,0045η (4) где:
S - соленость, %o ; С - скорость звука, м/с; T - температура морской воды, °C; η - глубина, м,
Для ПЛ в режиме стабилизации заданной глубины, на которой плотность ро, соленость So и скорость звука Со были уже определены и ПЛ удифферентована, важно контролировать изменение солености δS от So и плотности δр (δТ, δС, δη) от ро. Для этого режима при движении ПЛ в сравнительно однородной среде характерны небольшие изменения δТ, δС, δη. Поэтому могут быть с успехом применены дифференциальные методы и изменение солености определяют по формуле: δS » [δC-4,57δT(l -0,0195T0)-0,01 lδT(Sэ-35)-0,0163δη] : (1,4-0,01 IT0) (5) где: δS - изменение солености, %o ; δС - изменение скорости звука, м/с; δТ - изменение температуры, °C; относительно значений So , Со и T0 в момент τ0 начала режима стабилизации глубины ηо, а изменение плотности определяют по формуле: δp«-0,07δT[l-Ю,139T0+0,0404(So-35)]+(0)802-0,00283To)δS+4,5x iσ3δη, (6) где: δр - изменение плотности, кг/м ; δТ - изменение температуры, °C;
То - температура на заданной глубине, °C; So - соленость, на заданной глубине, %o; δS - изменение солености, %o; δη - изменение глубины, м.
Кроме того, в качестве акустического излучения используют ультразвуковые волны и скорость звука измеряют при помощи импульсно- циклического измерителя скорости звука Е.Д.Попова.
Кроме того, при определении плотности морской воды на ПЛ измерения скорости акустического излучения и температуры проводят одновременно на трех уровнях, соответствующих уровням ограждения рубки, носовой части ПЛ и под днищем ПЛ. Таким образом, заявленный способ определения солености и плотности морской воды на основе измерения температуры, глубины и скорости звука позволяет исключить измерение электропроводности и упростить получение необходимой для подводного плавания информации. Кроме того, в предложенном способе предусмотрено 2 режима измерения: при маневре изменения глубины и в режиме стабилизации заданной глубины, в котором все параметры морской воды будут изменяться сравнительно мало. Для определения необходимых изменений солености и плотности предусматривается изменение чувствительности измерительных приборов. Все это обеспечивает существенный положительный эффект. Патентный поиск не выявил аналогичных технических решений.
Предлагаемый способ технически реализуем с помощью следующих технических элементов (см. схему на фиг. 2):
1 - Импульсно-циклического измерителя скорости звука С, измеряющего "iп сitu" скорость звука в воде на горизонте нахождения подводного объекта (TlO).
2 - Измерителя средней температуры T на горизонте нахождения ПО; таких измерителей в настоящее время известно много (см., например, A B. Комляков).
3 - Измерителя давления (глубины).
4 - Микропроцессора, на котором реализованы алгоритмы расчета солёности S и плотности δ по скорости звука С, температуре T и глубине η на основе сертифицированных полиномов для скорости звука и плотности воды или по предложенным упрощенным полиномам, а также их небольшого изменения в режиме стабилизации заданной глубины на основе дифференциальных алгоритмов; при этом учитывается сложная зависимость скорости звука при ультразвуковых колебаниях от температуры и солености (X. Кухлинг. Справочник по физике. Пер. с нем., M., Мир, 1982, с. 253).
5 - Регистрационного прибора для вывода на дисплей или в систему автоматического удифферентования ПЛ текущего значения скорости звука, солёности и плотности как функцию глубины и времени.
6 — Блока переключения режимов погружения - всплытия и стабилизации с разной чувствительностью измерительных приборов.
Предложенный способ работает следующим образом:
1. На неизменном или изменяемом горизонте нахождения подводного объекта одновременно "iп сitu" измеряют в виде электрических сигналов, температуру морской '.воды T в 0C, глубину η в м и скорость звука в морской воде С в м/с.
2. Полученные значения T, η и С подают в микропроцессор, в котором реализован алгоритм определения солености S и плотности р морской воды на основе стандартных многочленных полиномов ЮНЕСКО или (при меньшей потребной точности) на основе укороченных эмпирических полиномов (3) и (4).
3. Измеренные значения скорости звука С, температуры T и рассчитанные значения солености S и условной плотности (р - 1000) кг/м3 выводят на дисплей и в дальнейшем используют для различных целей (например, накопление в памяти автономной буйковой станции или в системе автоматической поддифферентовки ПЛ при изменении температуры, солености воды и глубины ее погружения). 4. Для режима стабилизации глубины ηо, на которой указанным выше способом были определены плотность ро морской воды, ее соленость So и скорость звука Со, и ПЛ удифферентована в этой плотности, производят переключение расчетного алгоритма на определение изменения солености δS и плотности δр от их значений So и δо о при изменении глубины δη, температуры δТ и скорости звука δС от их зафиксированных значений и изменении солености δS определяют по формуле (5), а плотности - по формуле (6).
Ниже приводятся сравнительные данные расчетов по точным и приближенным выражениям для солености, плотности и их изменений. А. Пусть, например, на глубине η = 10 м приборы зафиксировали
T = 18°C и С = 1496 м/с. Точное решение по полиномам ЮНЕСКО дает S = 17,37%o, р = 1011,86. Приближенное решение по формулам (3) и (4) дает S = 17,53%o , ρ = 1011,7кг/м3.
Б. Пусть после этого подводный объект погрузился на глубину 70 м, на которой оказалась температура T = 10°C и скорость звука С = 1470 м/с. Точное решение по полиномам ЮНЕСКО дает So = 17,71%o , р = 1013, 81 кг/м3 Решение по формулам (3) и (4) дает S = 17,63%o , р « 1013,82 кг/м3 (вблизи T = 10°C и С = 1470 м/с точность приближенных полиномов существенно повышается). В. Режим стабилизации на ηо = 70 м. ИСЗ зафиксировал увеличение скорости звука на δС = 2 м/с при неизменной температуре и глубине. Расчет по формуле (5) дает увеличение солености δS = l,0%o , а увеличение плотности δр по формуле (6) - 0,77 кг/м3. Этот пример подчеркивает высокую чувствительность солености и плотности к изменению скорости звука Поэтому и предусмотрены 2 режима использования предлагаемого способа для режима маневра изменения глубины и режима ее стабилизации. В этих режимах предусматриваются разные коэффициенты усиления измерителей глубины, скорости звука и температуры, а в устройстве для реализации способа - блок переключения режимов. Это также обеспечивает существенное положительное отличие предлагаемого технического решения по сравнению с известными. В качестве излучателя и устройства измерения скорости звука используют известный импульсно-циклический измеритель скорости звука 1 Попова Е.Д. (Попов E. Д. Импульсно-циклический измеритель скорости звука для гидрофизических исследований в море. Океанология, 1984, т. XXlV, вып.З). Особенностью известного прибора является замкнутость системы акустических измерений пределами кольца малого диаметра, что позволяет локализовать область, измерения, уменьшить влияние флуктуации плотности при сжатии среды под действием звуковых волн и обеспечить малый шум и скрытность измерений, существенные для ПЛ. Датчики температуры 2 и давления 3, имеющие аналоговый выход, могут быть выбраны из широкой номенклатуры используемых ныне приборов (регистратор температуры CTR7 до глубин 2000 м, океанический модуль давления OPM до глубин 7000 м и др.). Вычислительный комплекс (микропроцессор 4), обрабатывающий сигналы датчиков 2 и 3 в соответствии с предложенным способом, обеспечивает вычисление значений параметров, а также, при необходимости, выработку управляющих сигналов для систем погружения-всплытия ПЛ.
Использование миниатюрных датчиков параметров среды позволяет выполнить пилоны для их крепления длиной 60-80 см и 6-8 см в диаметре, что практически не будет влиять на гидродинамическое сопротивление движению ПЛ. Эти пилоны устанавливают на трех горизонтах - на уровне ограждения рубки, носовой оконечности и под днищем, что обеспечивает контроль за началом вхождения в неоднородный слой среды на постоянной глубине и вхождение в слой скачка температуры и солености при погружении и всплытии ПЛ.
Предложенный способ определения солености и плотности морской воды на основе измерения температуры, глубины и скорости звука позволяет исключить измерение электропроводности, упростить и ускорить процесс получения необходимой информации, а также расширить его возможности за счет получения дифференциальных характеристик солености и плотности в режиме стабилизации заданного горизонта движения ПЛ и за счет измерения скорости звука и температуры на трех уровнях глубины.

Claims

Формула изобретения
1. Способ определения солёности и плотности морской воды на горизонте нахождения подводного объекта, включающий локальное измерение температуры воды на заданной глубине, отличающийся тем, что на горизонте нахождения подводного объекта возбуждают акустическое излучение и измеряют непосредственно скорость звука принятого акустического излучения с помощью импульсно-циклического ультразвукового измерителя скорости звука (1) и по непосредственно измеренной на этой глубине скорости звука и температуре из совместного решения точных стандартных полиномов
ЮНЕСКО для плотности и скорости звука находят соленость и плотность или определяют соленость морской воды по формуле:
S=(C - 1449 - 4,57T + 0,0445T2 - 16,3 х 10~3 η) : (1 ,4 - 0,01 I T) - 35, где: S - соленость, %o ;
С - скорость звука, м/с; T - температура морской воды, ° С; η - глубина, м.
Затем, по солёности, температуре и давлению (глубине) определяют текущую плотность р по формуле: р = 1028,14 - 0,07 T - 0,00486 T2 - (0,802 - 0,00283T) х (S - 35) + 0,0045 η, где: р - плотность, кг/мJ; T - температура морской воды 0C; S - соленость, %o; η - глубина, м.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве акустического излучения используют ультразвуковые волны.
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что скорость звука измеряют при помощи импульсно-циклического измерителя скорости звука ( 1 ) Е.Д. Попова.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после определения солёное i и SQ и плотности морской воды ро на заданной глубине ηо и перехода подводной И лодки в режим стабилизации производят переключение расчетных схем и контроль за изменением солёности осуществляют при помощи формулы: δS = [δС - 4,57δT(l - 0,0195T0) - 0,011(S0- 35) - 0,0163δη] : (1,4 - 0,01 IT0), где: δS - изменение солености, %o; δС - изменение скорости звука, м/с; δТ - изменение температуры, °C; То - температура на заданной глубине, °C; So - соленость на заданной глубине, %o ; δη - изменение глубины, м., а контроль за изменением плотности осуществляют при помощи формулы: δр * - 0,07δT[l+0,138T0 + 0,00283(So- 35)]+ 0,802δS + 4,5 х 10"3δη, где: δр - изменение плотности, кг/м3; δТ - изменение температуры, °C; То - температура на заданной глубине, 0C; So - соленость на заданной глубине, %o ; δS - изменение солености, %o; δη - изменение глубины, м.
5. Способ по п. l, отличающийся тем, что измерения температуры, скорости и принятого акустического излучения проводят на трёх уровнях глубины, соответствующих уровням ограждения рубки, носовой части подводной лодки и под днищем подводной лодки.
PCT/RU2008/000227 2007-07-23 2008-04-11 Способ определения солености и плотности морской воды WO2009014467A2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200901557A EA015998B1 (ru) 2007-07-23 2008-04-11 Способ определения солености и плотности морской воды
CN2008800247030A CN101903770A (zh) 2007-07-23 2008-04-11 海水盐度和密度测定方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128362 2007-07-23
RU2007128362/28A RU2349910C1 (ru) 2007-07-23 2007-07-23 Способ определения солености и плотности морской воды

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009014467A2 true WO2009014467A2 (ru) 2009-01-29
WO2009014467A3 WO2009014467A3 (ru) 2009-03-12

Family

ID=40282000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000227 WO2009014467A2 (ru) 2007-07-23 2008-04-11 Способ определения солености и плотности морской воды

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN101903770A (ru)
EA (1) EA015998B1 (ru)
RU (1) RU2349910C1 (ru)
WO (1) WO2009014467A2 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103926168B (zh) * 2013-01-10 2016-02-03 中交一航局第二工程有限公司 海水密度实时监测系统及监测方法
CN104677414B (zh) * 2013-11-27 2017-04-05 中国科学院沈阳自动化研究所 基于auv的ctd数据处理方法
RU2631017C2 (ru) * 2014-12-24 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН МГИ) Способ измерения вертикального профиля плотности морской воды и устройство для его осуществления
CN104914166B (zh) * 2015-06-03 2017-04-05 中国科学院声学研究所东海研究站 利用被动声呐探测和识别深海断崖的方法和装置
CN105891434B (zh) * 2016-06-03 2017-09-26 深圳职业技术学院 一种海水盐度的在线检测方法及其装置
CN107544526A (zh) * 2017-08-07 2018-01-05 熊学军 油囊式水下滑翔机浮力精确控制方法
CN107607438B (zh) * 2017-08-08 2024-02-02 南京中探海洋物联网有限公司 一种大范围海域的海水密度测量方法
RU2754107C1 (ru) * 2020-04-16 2021-08-26 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) Способ автоматического определения в условиях океана параметров состояния морской воды
RU2764403C1 (ru) * 2021-04-15 2022-01-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Измеритель вариаций солености морской воды

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU717633A1 (ru) * 1976-12-29 1980-02-28 Предприятие П/Я Р-6681 Способ автоматического определени в услови х океана параметров состо ни морской воды
SU868434A1 (ru) * 1978-07-24 1981-09-30 Отдел Физики Неразрушающего Контроля Ан Бсср Морской зондирующий геофизический комплекс
SU959010A1 (ru) * 1980-11-14 1982-09-15 Институт Океанологии Им.Ширшова П.П. Всплывающий зонд дл измерени гидрофизических параметров воды
SU1737330A1 (ru) * 1990-07-10 1992-05-30 Донецкий государственный университет Устройство дл определени параметров состо ни морской воды в натурных услови х

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2517875B2 (ja) * 1993-11-16 1996-07-24 日本たばこ産業株式会社 製塩工程における成分濃度測定方法および装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU717633A1 (ru) * 1976-12-29 1980-02-28 Предприятие П/Я Р-6681 Способ автоматического определени в услови х океана параметров состо ни морской воды
SU868434A1 (ru) * 1978-07-24 1981-09-30 Отдел Физики Неразрушающего Контроля Ан Бсср Морской зондирующий геофизический комплекс
SU959010A1 (ru) * 1980-11-14 1982-09-15 Институт Океанологии Им.Ширшова П.П. Всплывающий зонд дл измерени гидрофизических параметров воды
SU1737330A1 (ru) * 1990-07-10 1992-05-30 Донецкий государственный университет Устройство дл определени параметров состо ни морской воды в натурных услови х

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009014467A3 (ru) 2009-03-12
EA015998B1 (ru) 2012-01-30
EA200901557A1 (ru) 2010-06-30
RU2349910C1 (ru) 2009-03-20
CN101903770A (zh) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009014467A2 (ru) Способ определения солености и плотности морской воды
GB2474715A (en) Aiding navigation of a marine vessel in a tidal region
CN107167224B (zh) 一种船舶辐射噪声的测量方法
WO2006104087A1 (ja) 所定水温域の深度分布予測方法、回遊性魚類の漁場予測方法及び回遊性魚類の漁場予測情報配信システム
CN104180873A (zh) 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统
JP6411632B2 (ja) 対水船速計および対水船速計の計測値補正方法
GB2505121A (en) Determining whether an expected water depth is sufficient for safe passage of a marine vessel
CN104260848B (zh) 一种内河航道船舶吃水检测方法
Stanway Dead reckoning through the water column with an acoustic Doppler current profiler: Field experiences
JP5704327B2 (ja) 水中物体までの水平距離を算出するための水平距離算出システム及び水平距離算出方法
JP6340067B2 (ja) 表層流推定装置、表層流推定システム、海洋モデル推定装置、及び危険度判定装置
Paskyabi et al. Turbulence measurements in shallow water from a subsurface moored moving platform
RU2510608C1 (ru) Способ измерения толщины льда с подводного носителя
JP3935828B2 (ja) 航海支援装置及び航海支援システム
RU2664456C2 (ru) Ультразвуковой способ измерения скорости течения и расхода воды в открытых водоемах
US11493627B2 (en) Method, module and system for determining a velocity profile of sound waves in a water column
Ross et al. Estimating turbulent dissipation rates from acoustic backscatter
Luo et al. Analysis of Glider Motion Effects on Pumped CTD
KR20110027571A (ko) 바다 조건 변수들을 결정하는 방법
RU53454U1 (ru) Подводный измеритель глубины водоема и средней по вертикали скорости звука в воде
CN114966711B (zh) 一种面向载人潜水器的海水深度确定方法及系统
RU2522169C1 (ru) Способ оценки потока газа
RU2272739C1 (ru) Способ контроля мореходности судна и устройство для его осуществления
RU2677102C1 (ru) Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Naik et al. Evolution of sonar survey systems for sea floor studies

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880024703.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08753916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2359/MUMNP/2009

Country of ref document: IN

Ref document number: 200901557

Country of ref document: EA

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08753916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2