Определения скорости звука в донных отложениях при экологическом мониторинге

Внедрение: 2015 г.

Коллективом ученых из Южного федерального университета и ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН был применён модуль E20‑10 в задаче определения скорости звука в донных отложениях при экологическом мониторинге [1].

Основная часть загрязняющих веществ накапливается в морских осадках. Отсюда вытекает важность проблемы непрерывного мониторинга состояния дна и донных осадочных структур внутренних водоемов и морей. В работе [1] рассмотрен метод дистанционного зондирования донного грунта с целью определения скорости звука в донном грунте. Предлагаемый метод позволяет проводить измерения при совместном расположении излучателя и приемника. В основе предлагаемого метода лежит метод лучевого параметра для модели, состоящей из двух однородных плоскопараллельных слоев, лежащих на подстилающей границе (рисунок 1). 

На рисунке 2 представлены траектории распространения лучей для угла наклона 10° и годографы, зависимости времени прихода сигналов от расстояния источник–приемник, для углов наклона от 0 до 17°. Кривые 1 построены для лучей, отраженных от верхней границы слоя, а кривые 2 – от нижней. 

Рисунок 3. Сравнение кривых. Оценка погрешности метода.

Параметры рассмотренной модели соответствуют параметрам экспериментальной установки, структурная схема которой приведена на рисунке 4. Экспериментальные исследования проводились в гидроакустическом заглушенном бассейне 12 размером 1x1,5x1,5 м. В качестве исследуемого слоя был выбран лист плексигласа 10 размером 50x50x10 см. Максимально возможное отклонение акустической оси антенны в данной установке – 17°.

Рисунок 4. Структурная схема экспериментальной установки: 1 – ЭВМ; 2 – ЦАП генератора сиганалов; 3 – усилитель мощности; 4 – осциллограф; 5 – излучатель; 6 – приёмник; 7 – фильтр НЧ; 8 – АЦП E20‑10; 9 – координатно-поворотная установка; 10 – лист плексигласа; 11 – звукопоглощающая резина; 12 – гидроакустический заглушенный бассейн.

Время между приходами сигналов, отраженных от верхней и нижней границы слоя, определялось с помощью специализированного ПО, входящего в состав поставки АЦП L‑Card E20‑10. Погрешность определения скорости звука в слое составила 7 %. Полученные результаты подтверждают эффективность применения узконаправленной параметрической антенны при определении скорости звука с помощью метода лучевого параметра. Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с результатами моделирования. Для определения скорости звука в слое с меньшей погрешностью нужно проводить измерения при меньшем угле наклона излучателя.

Разработанный метод позволяет проводить исследование параметров верхнего слоя морских осадков с помощью относительно простой приемоизлучающей акустической системы, причем излучатель и приемник расположены в одной точке. Для реализации предлагаемого метода необходимо излучить узконаправленный акустический сигнал с низким уровнем бокового поля. Сформировать требуемый сигнал можно с помощью параметрической излучающей антенны. Результаты экспериментальных исследований качественно подтвердили эффективность предлагаемого метода для углов наклона антенны 0° и 17°. Из вышесказанного можно сделать вывод о перспективности дальнейших исследований по возможной дистанционной классификации донных отложений с помощью метода совмещенного излучателя и приемника.

Источник:
Солдатов Г.В., Тарасов С.П., Каевицер В.И., Захаров А.И., Смольянинов И.В. Определения скорости звука в донных отложениях при экологическом мониторинге: [Электронный ресурс] // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». – 2015. – № 4. – URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3480. (Дата обращения 27.11.2018).

Разработчик: Солдатов Г.В., Тарасов С.П. (Южный федеральный ун-т), Каевицер В.И., Захаров А.И., Смольянинов И.В. (ФИРЭ им. В.А. Котельникова)