Промерный эхолот (стр. 1 из 4)

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

Кафедра 50

Курсовой проект по дисциплине

Проектирование роботов и робототехнических систем

Тема

Промерный эхолот

Выполнил: Резунов А.Б. гр. 3580

Проверил: Махов В.И

Санкт-Петербург 2010г

Содержание

Задание

Параметры антенны

Введение

Выбор рабочей частоты

Определение длительности зондирующего импульса

Определение периода зондирующего импульса

Общая полоса частот приемного тракта

Определение коэффициента пространственного затухания

Определение размеров преобразователя

Выбор активного материала

Расчет параметров преобразователя

Помехи при работе эхолота

Определение интенсивности эхосигнала

Расчет акустической мощности

Реверберационные помехи

Структурная схема

Принцип действия эхолота

Приемно-излучающее устройство

Заключение

Список литературы

Задание

1. Разработать проект промерного эхолота работающего на глубине до 100 м.

2. Рассчитать и разработать конструкцию гидроакустической антенны для промерного эхолота.

Параметры антенны

Рабочая полоса (определить) кГц; полоса частот (определить).

Режим работы: импульсный, длительность импульса (выбрать).

Направленность антенны:

- вид характеристики осесимметричная

- раствор главного лепестка

- ориентация (угол сканирования) лепестка - основной лепесток «смотрит» вертикально вниз

- Величины боковых максимумов <15% от максимума

Эффективность антенны: дальность действия 100м.

Помехи акустические 120 дБ/мкПа.

Превышение сигнала над помехой 6 дБ.

Принцип преобразования: пьезоэлектрический.

Конструкция антенны: силовая.

Тип антенны: дискретная.

Колебательная система: пластинчатая.

Максимальная глубина погружения 10 м.

Носитель антенны: надводное судно.

Коэффициенты обратного рассеяния звуковой волны при нормальном падении:

От ила:0,1; от песка 0,3; от гранита 0,6.

Введение

Состояние мореплавания к 2000 г. характеризуется высокими скоростями судов, значительной интенсивностью грузопассажирских перевозок на основных морских путях, увеличением количества крупнотоннажных судов транспортного и промыслового флотов, Очевидно, что в таких условиях обеспечение безопасности плавания усложняется. В связи с этим возрастают требования к составу судовых технических средств навигации и их техническим характеристикам.

Правила Регистра РФ по конвенционному оборудованию морских судов предусматривают обязательное включение в состав навигационного оборудования морских судов эхолотов.

Современные эхолоты по своему назначению делятся на следующие основные группы: навигационные, промерные и рыбопоисковые.Профессиональные гидрографические промерные эхолоты существенно отличаются от рыбопоисковых записью исходных данных на бумажный носитель или в память, более узкой диаграммой направленности излучателя, более высокой (и обязательно оговоренной производителем в технических характеристиках и подтвержденной сертификатом) точностью определения глубины, возможностью ввода поправок на параметры воды и наличием дополнительных сервисных функций.

Принцип работы эхолота основан на измерении промежутка времени от момента излучения ультразвукового импульса до момента его приема после отражения от грунта. Глубина, измеряемая эхолотом, определяется как:

Где H- измеряемая глубина м; с- скорость распространения ультразвука в воде, м/с; t – время прохождения сигнала от антенны до грунта и обратно.

Эхолот работает следующим образом. Электрические колебания ультразвуковой частоты, формируемые высокочастотным генератором при измерении малых глубин, преобразуются высокочастотной антенной в механические колебания, которые передаются водной среде. Колебания водной среды, отраженные от грунта, возвращаются к антенне через определенный промежуток времени, пропорциональный глубине. В антенне механические колебания преобразуются в электрические сигналы , которые передаются на индикаторы.

Временной интервал от момента излучения ультразвукового зондирующего импульса до момента его приема после отражения от дна в определенном масштабе отображается на самописце и цифровом указателе глубин.

В приборе сигнализации глубины осуществляется сравнение промежутка времени от момента излучения до приема отраженного от дна сигнала с заданным интервалом времени, соответствующим установленной глубине. При совпадении указанных интервалов включается сигнализация, свидетельствующая о выходе судна на заданную глубину.

Выбор рабочей частоты.

Значение дальности действия гидроакустических приборов определяется величинами, зависящими от частоты так, например, от частоты зависит уровень помех, полоса пропускания частот приемного тракта, коэффициент концентрации и.т.д.

Расчет рабочей частоты будем проводить по формуле

для активной системы , r - глубина

При известной рабочей частоте можно вычислить длину волны в воде. Она определяется из соотношения:

где с – скорость звука в воде , f - рабочая частота.

Длина волны равна 8 мм. При рабочей частоте 180 кГц.

Эхолот работает как в пресной, так и в соленой воде. Как известно скорость распространения звука воде зависит от ее температуры и солености и может колебаться от 1450 до 1550 м/с. В таких условиях погрешность измерения глубины может достигать 3%

Определение длительности зондирующего импульса

Длительность зондирующего импульса определяет разрешающую способность аппаратуры и протяженность мертвой зоны по дальности. Чем больше длительность зондирующего импульса. Тем большее расстояние занимает импульс в пространстве и тем больше должно быть расстояние между объектами для их раздельной локации. Длительность импульса влияет на дальность обнаружения. Для повышения разрешающей способности и сокращения протяженности мертвой зоны желателен короткий импульс, а для повышения отношения сигнал /помеха необходим зондирующий импульс большей длительности. Величина импульсов гидролокаторов обычно лежит в пределах от 0,5-1,0 до 20-30 мс. Известно, что для гидролокатора длительность зондирующего импульса можно найти из соотношения:

Где

- коэффициент, определяющий частоту заполнения импульса

=80-100

С- скорость звука в воде.

Подставим значения и получим:

Откуда 0,44 < J < 0,66

Целесообразнее выбрать длительность зондирующего импульса равной 0,5 мс.

Определение периода зондирующего импульса

Период следования импульсов определяется из следующих соображений.

-до получения эхо-сигнала с максимальной дистанции повторное излучение не производится.

Где

- максимальная дистанция (100 метров)

С- скорость звука. С =1500 м/с

При проведении измерений данным эхолотом глубина района при отсутствии передвижения практически не меняется. В целях экономии энергии можно излучать импульс на порядок реже.

Для удобства счета выберем период 1с. T=1c.

Общая полоса частот приемного тракта

Из работы данного эхолота следует, что ограничения эффектом Доплера можно пренебречь, таким образом, на полосу пропускания частот влияет нестабильность частотно передающего устройства. Таким образом, для общей полосы частот приемного тракта можно написать:

Где

- полоса частот, обусловленная приемом импульсов, - отклонение частоты из-за нестабильности рабочей частоты передающего тракта.

Величину полосы пропускания, обусловленную нестабильностью передающего и приемного и приемного трактов гидролокатора, принимаем равной

=100 Гц

Тогда, подставив численные величины, получим:

Определение коэффициента пространственного затухания

Ослабление в воде амплитуды колебаний ультразвуковых волн происходит вследствие расширения фронта последних, а так же поглощения и рассеяния для плоской волны затухание обусловлено только поглощением и рассеянием и оценивается коэффициентом затухания B.

Экспериментально установлено, что коэффициент затухания B ультразвукового сигнала в воде зависит от его частоты f, температуры t , солености воды sи гидростатического давления p в зоне его распространения.