МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
Электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники
Реферат
по дисциплине «Введение в специальность»
Тема: «Принцип работы эхолота»
| Студентка гр. 8583 | Гришанова Т.С. | |
| Преподаватель | Степаненко Н.В. |
Санкт-Петербург
Реферат
Отчёт 14с, 4 рис, 4 источника.
Ключевые слова: эхолот, ультразвуковой сигнал, акустическая волна, пьезоэлектрический эффект, эхо-сигнал, гидролокатор
Цель реферата: изучение принципа работы эхолота.
Оглавление
Оглавление. 3
Введение. 3
1 Эхолот. Принцип работы и его виды.. 4
1.1 Принцип работы эхолота. 5
1.2 Цифровой эхолот. 8
1.3 «Возможности эхолота». 10
2 Глава вторая. 12
2.1 Состояние воды и дна. 12
Заключение. 14
Список использованных источников. 15
Введение
Эхолот - навигационный прибор для определения глубины водоёмов с помощью акустических эхо-сигналов. Эхолот позволяет постоянно мониторить толщу воды под судном, тем самым отслеживая перепады рельефа дна. Постоянный мониторинг (отправка и прием отраженных от объектов и дна импульсов) помогает профессионалам и любителям рыбной ловли обнаружить цели — рыбу — по изображению, выводимому на экран.
Эхолот. Принцип работы и его виды
Принцип работы эхолота
В настоящее время наиболее совершенными средствами измерения глубин являются эхолоты, которые обеспечивают полную автоматизацию промеров. Определение глубин с помощью эхолотов основано на измерении промежутка времени между моментом посылки ультразвукового сигнала по направлению ко дну и моментом возвращения отраженного от дна эхо-сигнала. По физической природе звук (ультразвук) представляет собой механические колебания частиц упругой среды, источником которых является помещенное в водную среду колеблющееся твердое тело. Колеблясь, источник звука вызывает периодическое сжатие и растяжение прилегающих слоев. Благодаря взаимодействию соседних элементов среды, упругие деформации передаются от одного участка к другому. В результате в водной среде образуются области сгущений и разряжений, которые последовательно удаляются от источника колебаний. Этот процесс называется распространением акустической волны.
Прием и излучение ультразвуковых сигналов у эхолотов производится акустическими антеннами. Основной частью ультразвуковых антенн являются электроакустические преобразователи (вибраторы), в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую и наоборот. Поверхность вибратора находится в соприкосновении с водной средой. В режиме излучения сигнала под действием переменного магнитного или электрического поля поверхность вибратора приходит в состояние колебания, передаваемого водной среде. В режиме приема поверхность вибратора под действием отраженной звуковой волны начинает совершать механические колебания, преобразуемые в электрический сигнал. В настоящее время применяются акустические преобразователи, обладающие магнитострикционным или пьезоэлектрическим эффектом.
Явление изменения линейных размеров ферромагнитных тел (железо, никель, кобальт) при изменении напряженности пронизывающего их магнитного поля или изменение магнитного состояния этих тел вследствие их деформации под действием механических сил называется магнитострикцией.
Прямым магнитострикционным эффектом называется явление изменения линейных размеров ферромагнетиков при помещении их в переменное магнитное поле. Прямой эффект используется в передающих антеннах. Изменение напряженности магнитного поля, создаваемого поляризованным (намагниченным) ферромагнетиком вследствие изменения его линейных размеров под действием внешних сил, называется обратным магнитострикционным эффектом. Обратный эффект используется в приемных антеннах.
В приемных антеннах с обмотки снимают электрический сигнал, наводимый переменным магнитным полем, возникающим при деформациях пакета пластин. Отразившийся от дна ультразвуковой сигнал воздействует на предварительно намагниченный пакет никелевых пластин и изменяет его продольные размеры. В результате механических колебаний вибратора возникает магнитное поле, которое наводит электрический импульс в охватывающей пакет обмотке.
Пакет вибратора-излучателя и вибратора-приемника располагают в одном водонепроницаемом корпусе – обтекателе забортного устройства. Забортное устройство снабжено приспособлением для крепления его к борту судна при выполнении промеров глубин. При этом обтекатель забортного устройства устанавливают параллельно поверхности воды. Его нижняя плоскость должна быть заглублена не менее чем на 0,3 м.
Действие пьезоэлектрических преобразователей основано на пьезоэффекте, которым обладают некоторые естественные и искусственные кристаллы. В настоящее время в качестве пьезоэлектрического материала используется керамика титаната бария или цирконата титаната свинца.
Прямым пьезоэлектрическим эффектом называется явление, состоящее в том, что при деформациях сжатия или растяжения поляризованного кристалла, на его поверхности появляются электрические заряды. Этот эффект используется в вибраторах-приемниках.
Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в том, что кристалл, помещенный в электрическое поле, будет изменять свои линейные размеры с частотой изменения электрического поля. Это свойство используется в излучающих антеннах.
Поскольку пьезоэлектрические преобразователи обычно обладают и прямым и обратным пьезоэффектом, то у многих эхолотов для излучения и приема ультразвука используется одна и та же антенна.
Принцип определения глубины с помощью эхолота заключается в измерении промежутка времени Dt между посылкой ультразвукового импульса и приходом отраженного от дна эхо-сигнала. Считая скорость распространения ультразвука в воде C0 постоянной, глубина h определится по формуле: 
. При температуре воды 15°C скорость распространения ультразвука составляет ≈1465 м/с.
Рисунок 1.1.1 - «Схема Эхолота»
Цифровой эхолот
Большинство современных эхолотов являются цифровыми с электронной разверткой времени (рис. 1.1.2).
Рисунок 1.1.2 - «Цифровой эхолот»
1 - преобразователь;
2 - крепление преобразователя к транцу промерного судна;
3 - жидкокристаллический дисплей эхолота;
4 - полноэкранный режим представления диаграммы записи на экране дисплея
Электронная развертка времени осуществляется с помощью счетных импульсов, вырабатываемых генератором. Генератор запускающих импульсов вырабатывает импульсы запуска. Эти импульсы поступают в блок посылки и блок управления и индикации. Получив импульс запуска, блок посылки формирует мощный зондирующий импульс, поступающий в вибратор-излучатель (преобразователь). Одновременно, блок управления и индикации дает команду на обнуление счетчика и открывает электронный ключ, который пропускает счетные импульсы с генератора на счетчик.
Отраженный от дна эхо-сигнал приходит на вибратор-приемник (преобразователь) и после усиления поступает в блок управления и индикации. Блок управления закрывает электронный ключ, останавливает счетчик, который преобразует подсчитанные импульсы в цифровое значение текущей глубины, включает цифровой индикатор и подключает счетчик к входу графопостроителя. Графопостроитель отображает точку, соответствующую текущей глубине на жидкокристаллическом дисплее. Совокупность точек на дисплее образует профиль дна (см. рис. 1.1.2, г, текущая глубина – 15,6 м).
До начала промеров глубин выполняют полевую подготовку эхолота, которая заключается в введении поправки на глубину погружения вибраторов и тарировании эхолота.
Поправку на глубину погружения вибраторов вводят с целью получения записи глубин не от нижней плоскости вибраторов, а непосредственно от поверхности воды. Определяют эту поправку при полной загрузке промерного судна по делениям на штанге забортного устройства или измерением расстояния от поверхности воды до нижней плоскости вибраторов. Эта поправка вводится соответствующей настройкой эхолота.
Тарирование эхолота заключается в проверке точности измерения глубин эхолотом. Обычно тарирование выполняют сличением показаний эхолота с показаниями наметки (лота). Для этого промерное судно устанавливают на якоре в месте наибольших глубин. Включают эхолот и измеряют глубину. Тут же тщательно измеряют глубину наметкой (лотом) под вибраторами и сравнивают с глубиной, измеренной эхолотом. В случае расхождения глубин вводят поправку в измеренные эхолотом глубины. У эхолотов с электромеханическим самописцем поправку обычно компенсируют регулировкой частоты вращения электродвигателя самописца, а у цифровых эхолотов ее вводят в измеренные глубины при обработке результатов промеров.
Возможности эхолота»
Хороший эхолот обладает четырьмя компонентами:
· Мощный передатчик
· Эффективный преобразователь
· Чувствительный приемник
· Дисплей высокого разрешения
Все части этой системы должны быть разработаны так, чтобы работать вместе, при любых погодных условиях и критических температурах.
Высокая мощность передатчика увеличивает вероятность, получение эхо на глубоководье или в плохих водных условиях. Это также позволяет видеть мелкие подробности (мальков и мелкой структуры дна).
Преобразователь не должен только проводить мощный сигнал от передатчика, он также преобразует электрический сигнал в звуковую энергию с наименьшей потерей в мощности сигнала. С другой стороны, преобразовать самое малое эхо от малька или сигнал дна с глубоководья.
Приемник имеет дело с чрезвычайно широким диапазоном сигналов. Он должен отличить максимально сильный передаваемый сигнал и слабое эхо, пришедшее от преобразователя. Кроме того, он должен различить объекты находящиеся близко друг к другу, превратив их в разные импульсы для дисплея. Дисплей должен иметь высокое разрешение (вертикальные пиксели) и хороший контраст, чтобы показывать подводный мир детально и ясно. Это 
позволяет видеть дуги рыбы и мелкие подробности дна.
Рисунок 1.1.3 - " Слабый и сильный эхолот»
Глава вторая
Состояние воды и дна
 |
Тип воды, в котором используется гидролокатор, воздействует на его работу в значительной степени. Звуковые волны проходят легко в чистой
 |
Рисунок 2.2.1-«Мягкое Дно» Рисунок 2.2.2-«Жесткое Дно»
пресной воде, такой как во внутренних озерах.
Однако в соленой воде, звук поглощается и отражается растворенными в воде солями. Высокочастотные волны наиболее восприимчивы к этому рассеиванию звуковых волн и не могут проникать через соленую воду также хорошо как низкочастотные волны. Часть проблемы с соленой водой в том, что это очень динамичная среда - океаны мира. Штормы и течения смешивают воду. Волны создают и смешивают воздушные пузырьки в воде около поверхности, которые рассеивает звуковой сигнал. Микроорганизмы (морских водорослей и планктона), также рассеивают и поглощают звуковой сигнал. Полезные ископаемые и соли, растворенные в воде, то же. В пресной воде также есть течения и микроорганизмы, которые затрагивают сигнал эхолота - но не настолько как в соленой воде.
Грязь, песок, и растительность на дне водоема поглощают и рассеивают звуковой сигнал, уменьшая силу отраженных сигналов. Скалы, сланец, кораллы и другие жесткие объекты отражают звуковой сигнал легко. Можно видеть различие на экране гидролокатора. Мягкое дно, видно как тонкая линия поперек экрана. Жесткое дно, видно как широкая полоса на экране эхолота.
Заключение
Эхолот — узкоспециализированный гидролокатор, устройство для исследования рельефа дна водного бассейна. Обычно в днище судна устанавливается вибратор, к которому периодически подаются от генератора электрические импульсы, преобразуемые им в акустические, распространяющиеся в ограниченном телесном угле вертикально вниз. Отражённый дном акустический импульс принимается тем же вибратором, который преобразует его в электрический.
Список использованных источников
1. Автор не известен. Описание эхолота [электронный ресурс] https://studopedia.info/5-54893.html
2. ООО "Маринэк" принципы работы, выбор и использование ‘’Эхолот”
3. Автор не известен. Принцип работы эхолота [электронный ресурс] https://studopedia.ru/19_218936_eholoti-s-elektronnoy-razvertkoy-vremeni.html
4. Сташкевич А. П., Акустика моря, Л., 1966
https://seacomm.ru/dokumentacija/5169/
5. Федоров И. И., Навигационные эхолоты Гидроакустика,
1948;